特許 6400533 検出装置および電流センサ

(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】6400533

(24)【登録日】2018年9月14日

(45)【発行日】2018年10月3日

(54)【発明の名称】検出装置および電流センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/07 20060101AFI20180920BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20180920BHJP

   G01R 15/20 20060101ALI20180920BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20180920BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/07

   G01R33/02 V

   G01R15/20 A

   G01R19/00 N

【請求項の数】14

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2015-128871(P2015-128871)

(22)【出願日】2015年6月26日

(65)【公開番号】特開2017-15402(P2017-15402A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2017年4月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】中村 威信

(72)【発明者】

【氏名】西村 好康

(72)【発明者】

【氏名】野平 隆二

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０７８９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７８２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６７４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１０２９０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０７

Ｇ０１Ｒ １５／２０

Ｇ０１Ｒ １９／００

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場を検出する検出装置であって、
検出対象の磁場が互いに逆向きに印加される第１ホール素子および第２ホール素子と、
前記第１ホール素子が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第１スイッチ回路と、
前記第２ホール素子が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第２スイッチ回路と、
前記第１ホール素子の前記正の測定端子および前記第２ホール素子の前記正の測定端子からそれぞれ出力される出力信号を加算し、前記第１ホール素子の前記負の測定端子および前記第２ホール素子の前記負の測定端子からそれぞれ出力される出力信号を加算する加算部と、
クロック信号を発生するクロック発生部と、
を備え、
前記第１スイッチ回路および前記第２スイッチ回路は、前記クロック信号に基づいて前記第１ホール素子および前記第２ホール素子からの信号をスピニングカレント法で変調し、
前記第２スイッチ回路は、
前記クロック信号の位相が切り替わるタイミングで前記第１スイッチ回路が前記第１ホール素子における前記正の測定端子に前記駆動電流を注入して当該正の測定端子を前記駆動端子に切り換えることに応じて、前記第２ホール素子における前記負の測定端子に前記駆動電流を注入して当該負の測定端子を前記駆動端子に切り換えること、および、
前記クロック信号の位相が切り替わるタイミングで前記第１スイッチ回路が前記第１ホール素子における前記負の測定端子に前記駆動電流を注入して当該負の測定端子を前記駆動端子に切り換えることに応じて、前記第２ホール素子における前記正の測定端子に前記駆動電流を注入して当該正の測定端子を前記駆動端子に切り換えること、
の一方を行い、
前記加算部は、前記第１ホール素子の前記正の測定端子および前記負の測定端子に接続される極性とは逆極性となるように、前記第２ホール素子の前記正の測定端子および前記負の測定端子に接続される検出装置。

【請求項2】

前記第２スイッチ回路は、
前記クロック信号の位相が切り替わるタイミングで前記第１スイッチ回路が前記第１ホール素子における前記正の測定端子と前記駆動端子とを相互に切り換えることに応じて、前記第２ホール素子における前記負の測定端子と前記駆動端子とを相互に切り換えること、および、
前記クロック信号の位相が切り替わるタイミングで前記第１スイッチ回路が前記第１ホール素子における前記負の測定端子と前記駆動端子とを相互に切り換えることに応じて、前記第２ホール素子における前記正の測定端子と前記駆動端子とを相互に切り換えること、
の一方を行う請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第１スイッチ回路は、前記第１ホール素子が有する前記複数の端子のうち、予め定められた順序で駆動端子を選択して切り換え、
前記第２スイッチ回路は、前記第１スイッチ回路が駆動端子を選択する順序と同じ順序で、前記第２ホール素子が有する前記複数の端子のうち駆動端子を選択して切り換える請求項１または２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記第２スイッチ回路は、前記第１スイッチ回路の駆動端子の選択とは位相をずらして、前記第２ホール素子の駆動端子を選択して切り換える請求項３に記載の検出装置。

【請求項5】

前記第１ホール素子が有する前記複数の端子は、第１平面上において前記第１ホール素子から相異なる複数の方向にそれぞれ延伸し、
前記第２ホール素子が有する前記複数の端子は、前記第１平面上において前記第１ホール素子が有する前記複数の端子と同一方向に延伸する請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項6】

前記第１スイッチ回路は、前記第１ホール素子が有する前記複数の端子を、
前記第１ホール素子の第１方向に駆動電流を流す前記駆動端子および電流出力端子と、前記第１方向とは異なる第２方向から前記第１ホール素子の測定電圧を出力させる前記正の測定端子および前記負の測定端子の組み合わせと、
前記第１ホール素子の第２方向に駆動電流を流す前記駆動端子および前記電流出力端子と、前記第１方向から前記第１ホール素子の測定電圧を出力させる前記正の測定端子および前記負の測定端子との組み合わせと、
のいずれかに切り換える請求項５に記載の検出装置。

【請求項7】

前記第１スイッチ回路は、前記第１ホール素子が有する前記複数の端子のうち、前記第１平面において、前記第１ホール素子を中心とした予め定められた回転方向に前記駆動端子を選択して切り換える請求項５または６に記載の検出装置。

【請求項8】

前記第１スイッチ回路は、前記第１ホール素子が有する前記複数の端子のうち、前記第１平面において、前記第１ホール素子を中心として８の字に前記駆動端子を選択して切り換える請求項６に記載の検出装置。

【請求項9】

前記第１スイッチ回路は、前記第１ホール素子が有する前記複数の端子を、前記駆動端子、前記電流出力端子、前記正の測定端子、および前記負の測定端子の予め定められた２つの組み合わせのいずれかに切り換える請求項６に記載の検出装置。

【請求項10】

検出対象の磁場が前記第１ホール素子と同じ向きに印加され、前記第１ホール素子の複数の端子とそれぞれ同一方向に延伸する複数の端子を有する第３ホール素子と、
検出対象の磁場が前記第２ホール素子と同じ向きに印加され、前記第２ホール素子の複数の端子とそれぞれ同一方向に延伸する複数の端子を有する第４ホール素子と、
前記第３ホール素子が有する前記複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第３スイッチ回路と、
前記第４ホール素子が有する前記複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第４スイッチ回路と、
を備え、
前記第１スイッチ回路、前記第２スイッチ回路、前記第３スイッチ回路、および前記第４スイッチ回路は、互いに異なる方向を向く端子を前記第１ホール素子、前記第２ホール素子、前記第３ホール素子、および前記第４ホール素子の駆動端子とするように切り換える請求項１から９のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項11】

前記検出対象の磁場の向きを変更して収束させる磁気収束板を更に備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項12】

前記第１ホール素子および前記第２ホール素子からの出力信号をそれぞれ増幅する増幅部を更に備える請求項１から１１のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項13】

電流導体に配置させた請求項１から１２のいずれか一項に記載の検出装置であって、
前記電流導体は、前記第１ホール素子および前記第２ホール素子の間の点の上方または下方において、前記第１ホール素子および前記第２ホール素子を含む平面と平行に延伸する検出装置。

【請求項14】

請求項１から１２のいずれか一項に記載の検出装置と、
予め定められた向きに延伸する電流導体と、
を備え、
前記電流導体は、前記第１ホール素子および前記第２ホール素子の間の点の上方または下方において、前記第１ホール素子および前記第２ホール素子を含む平面と平行に延伸する電流センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置および電流センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ホール素子等を用いた磁気センサは、例えばスピニングカレント（Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ）法等により、当該ホール素子の出力信号に含まれるＤＣオフセットを低減させていた（例えば、非特許文献１等参照）。また、当該スピニングカレント法によって生じてしまう過渡的なスパイク信号を、２つのホール素子を用いることで除去することも知られていた（例えば、特許文献１〜３等参照）。
特許文献１ 特開２０１３−１７８２２９号公報
特許文献２ 国際公開２０１４／１５５９０８号
特許文献３ 米国特許出願公開第２００３／１５５９１２号明細書
非特許文献１ R.S. Popovic著、「Hall Effect Devices」、Inst of Physics Pub Inc、１９９１年５月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

このような磁気センサは、磁気収束板を用いることにより、感度等の特性を向上させることができる。また、磁気センサを電流導体等の近傍に設置することで電流センサとして機能させることもできる。しかしながら、磁気収束板を用いることにより、入力磁場が曲がるので、それぞれのホール素子に入力する磁場の向きが、当該ホール素子の位置に応じて異なってしまう場合がある。同様に、ホール素子および電流導体の相対的な配置に応じて、当該ホール素子に入力する磁場の向きが異なってしまう場合がある。このような場合、オフセットをキャンセルすると共に、過渡的なスパイク信号を低減することが困難になっていた。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様においては、磁場を検出する検出装置であって、検出対象の磁場が逆向きに印加される第１ホール素子および第２ホール素子と、第１ホール素子が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第１スイッチ回路と、第２ホール素子が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える第２スイッチ回路と、を備え、第２スイッチ回路は、第１スイッチ回路が第１ホール素子の駆動端子を正の測定端子に切り換えることに応じて、第２ホール素子における駆動端子を負の測定端子に切り換える検出装置を提供する。

【0005】

本発明の第２の態様においては、第１の態様の検出装置と、予め定められた向きに延伸する電流導体と、を備え、電流導体は、第１ホール素子および第２ホール素子の間の点の上方または下方において、第１ホール素子および第２ホール素子を含む平面と平行に延伸する電流センサを提供する。

【0006】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る第１の磁気センサ１００の断面の構成例を示す。

【図2】本実施形態に係る第１の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。

【図3】本実施形態に係る第２の磁気センサ１００の断面の構成例を示す。

【図4】本実施形態に係る第２の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。

【図5】本実施形態に係る検出装置２００の構成例を示す。

【図6】本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第１の例を示す。

【図7】本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第２の例を示す。

【図8】本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第３の例を示す。

【図9】本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第４の例を示す。

【図10】本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第１の例を示す。

【図11】本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第２の例を示す。

【図12】本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第３の例を示す。

【図13】本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第４の例を示す。

【図14】本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、時計回りに選択して切り換えた場合の信号波形の一例を示す。

【図15】本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、８の字に選択して切り換えた場合の信号波形の一例を示す。

【図16】本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、予め定められた２つの接続の間を切り換える場合の信号波形の一例を示す。

【図17】本実施形態に係るホール素子を４つ用いた場合の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。

【図18】本実施形態に係るホール素子を４つ用いた場合の、検出装置２００の構成例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0009】

図１は、本実施形態に係る第１の磁気センサ１００の断面の構成例を示す。図１は、磁気センサ１００のＸＺ面の断面図の一例を示す。第１の磁気センサ１００は、当該磁気センサ１００に入力する磁場に応じて検出信号を出力する。図１は、第１の磁気センサ１００に＋Ｙ方向の磁場が入力する例を示す。第１の磁気センサ１００は、第１ホール素子１０と、第２ホール素子２０と、基板１１０と、磁気収束板１２０と、磁気収束板１２２とを備える。

【0010】

第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、ＸＹ平面に略平行に形成され、Ｚ軸方向と略平行な磁場を検出する。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、一例として、Ｘ軸方向に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じたＹ軸方向の起電力（ホール効果）を発生させる素子である。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、半導体等で形成されてよい。図１は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０がＹ軸に略平行に配置される例を示す。

【0011】

基板１１０は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含んでよい。基板１１０は、ＩＣチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。図１において、基板１１０の表面および裏面がＸＹ面と略平行に配置され、ＸＹ面に垂直な軸をＺ軸とした。即ち、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交する座標系である。基板１１０は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が内部または表面に形成されてよく、この場合、基板１１０の製造過程において第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が形成されることが望ましい。

【0012】

磁気収束板１２０および磁気収束板１２２は、検出対象の磁場の向きを変更して収束させる。磁気収束板１２０および磁気収束板１２２は、基板１１０と略平行に設けられ、磁気センサ１００に入力する磁場を曲げる。磁気収束板１２０および磁気収束板１２２は、基板１１０の表面側または裏面側に設けられてよい。また、磁気収束板１２０および磁気収束板１２２は、基板１１０に接して設けられてよく、これに代えて、基板１１０とは絶縁層等を介して設けられてもよい。図１は、磁気収束板１２０および磁気収束板１２２が基板１１０の表面側に接して設けられ、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の上方にそれぞれ配置される例を示す。

【0013】

磁気収束板１２０および磁気収束板１２２は、磁性材料等で形成され、例えば、Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向の磁場を、Ｚ軸方向の成分が発生するように曲げ、Ｚ軸方向に感度を有する第１ホール素子１０および第２ホール素子２０にそれぞれ入力させる。図１は、磁気収束板１２０および磁気収束板１２２が、＋Ｙ方向に入力する磁場を曲げ、第１ホール素子１０に＋Ｚ方向の磁場を、第２ホール素子２０に−Ｚ方向の磁場をそれぞれ発生させて入力させる例を示す。

【0014】

図２は、本実施形態に係る第１の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。即ち、図２は、図１におけるＸＹ平面を示し、＋Ｚ方向側から第１の磁気センサ１００を見た平面視の一例を示す。図２において、磁気収束板１２０が＋Ｙ方向に入力する磁場を曲げて第１ホール素子１０に入力させる＋Ｚ方向の磁場を＋Ｂと示し、磁気収束板１２２が＋Ｙ方向に入力する磁場を曲げて第２ホール素子２０に入力させる−Ｚ方向の磁場を−Ｂと示した。

【0015】

図３は、本実施形態に係る第２の磁気センサ１００の断面の構成例を示す。図３は、磁気センサ１００のＸＺ面の断面図の一例を示す。第２の磁気センサ１００は、当該磁気センサ１００に入力する磁場に応じて検出信号を出力する。第２の磁気センサ１００は、電流が流れることによって発生する磁場を検出し、流れる電流の量に応じた検出信号を出力する電流センサとして機能する。これに代えて、第２の磁気センサ１００は、電流導体と一体に形成され、電流センサ装置として提供されてもよい。

【0016】

電流導体１３０は、予め定められた向きに延伸する。また、電流導体１３０は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の間の点の上方または下方において、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０を含む平面と平行に延伸する。図１は、第２の磁気センサ１００が、電流導体１３０に電流が＋Ｘ方向に流れ、ＺＹ平面において当該電流を中心に反時計回りに発生する磁場のＺ成分を検出する例を示す。第２の磁気センサ１００は、第１ホール素子１０と、第２ホール素子２０と、基板１１０とを備える。

【0017】

第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、ＸＹ平面に略平行に形成され、Ｚ軸方向と略平行な磁場を検出する。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、一例として、Ｘ軸方向に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じたＹ軸方向の起電力（ホール効果）を発生させる素子である。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、半導体等で形成されてよい。図３は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０がＹ軸に略平行に配置され、＋Ｚ方向に配置された電流導体１３０が発生する磁場のＺ成分を検出する例を示す。

【0018】

基板１１０は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含んでよい。基板１１０は、ＩＣチップであってよく、この場合、端子を備え、外部の基板、回路、および配線等と電気的に接続される。図３において、基板１１０の表面および裏面がＸＹ面と略平行に配置され、ＸＹ面に垂直な軸をＺ軸とした。基板１１０は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が内部または表面に形成されてよく、この場合、基板１１０の製造過程において第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が形成されることが望ましい。

【0019】

図４は、本実施形態に係る第２の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。即ち、図２は、図３におけるＸＹ平面を示し、＋Ｚ方向側から第２の磁気センサ１００を見た平面視の一例を示す。図４において、電流導体１３０に流れる＋Ｘ方向の電流ｉによって発生する磁場のうち、第１ホール素子１０に入力する＋Ｚ方向の磁場を＋Ｂと示し、第２ホール素子２０に入力する−Ｚ方向の磁場を−Ｂと示した。

【0020】

以上の本実施形態に係る第１の磁気センサ１００および第２の磁気センサ１００が有するホール素子は、出力信号に素子固有のオフセット信号を含めて出力する。このようなオフセット信号を低減すべく、非特許文献１に記載されているスピニングカレント法等を利用していた。当該スピニングカレント法は、第１位相と第２位相を繰り返すスピニングカレントクロックに基づき、ホール素子に流す電流の方向を切り換え、磁場入力に応じた信号成分とオフセットによる信号成分の極性を反転させる。

【0021】

例えば、第１位相において、＋Ｚ方向の磁場入力Ｂに対して、＋Ｘ方向に通電した第１のホール素子は、＋Ｙ方向側の端子からホール起電力信号＋Ｖ_Ｓを発生する（−Ｙ方向側の端子からホール起電力信号−Ｖ_Ｓを発生する）と共に、＋Ｙ方向のオフセット電圧＋Ｖ_Ｏを出力する。この場合、当該第１のホール素子は、同じ＋Ｚ方向の磁場入力に対して、第２位相において−Ｙ方向に通電すると、＋Ｘ方向側の端子からホール起電力信号＋Ｖ_Ｓを発生する（−Ｘ方向側の端子からホール起電力信号−Ｖ_Ｓを発生する）と共に、＋Ｘ方向のオフセット電圧＋Ｖ_Ｏを出力する。したがって、第１位相においてホール素子のＹ軸方向の端子から出力電圧Ｖ_ｈ１1を取得し、第２位相においてホール素子のＸ軸方向の端子から出力電圧Ｖ_ｈ1２を取得することで、ホール素子の磁場Ｂの検出信号は次式のように示される。
（数１）
Ｖ_ｈ１１＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ
Ｖ_ｈ１２＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ

【0022】

このように、通電方向を切り換えることにより、（数１）式のように、ホール素子の検出信号のうち、ホール起電力信号Ｖ_Ｓの信号成分の符号を、第１位相と第２位相において反転させることができる。即ち、スピニングカレント法は、スピニングカレントクロックによってホール起電力信号Ｖ_Ｓを変調して変調信号にすると共に、オフセット電圧Ｖ_ＯをＤＣ信号出力とするので、周波数領域で２つの信号を分離することができ、理想的には、フィルタ等を用いて当該オフセット信号を除去することができる。

【0023】

このようなスピニングカレント法は、オフセット信号を低減する一方で、過渡的にスパイク信号を発生させる。例えば、第１位相においてＸ軸方向の端子に通電したホール素子は、浮遊容量等の容量成分に電荷が充電され、第２位相においてＸ軸方向の端子から出力電圧を出力する場合に、充電した電荷を放電する。

【0024】

この場合、一例として、第１位相においてバイアス＋Ｖ_Ｂが印加されるＸ軸方向の電流供給側の（−Ｘ方向側の）端子は、容量成分に＋電荷が充電されて当該容量成分の電位が＋Ｖ_Ｂとなる。そして、第２位相において当該端子の電位は、充電された＋電荷が放電して、第１位相から第２位相に切り換わった時点から放電が終了して定常状態（即ち、ホール起電力信号−Ｖ_Ｓ）へと移行するまでの期間に、電位が＋Ｖ_Ｂから―Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏへと減衰曲線を描く。また、第１位相においてバイアス−Ｖ_Ｂが印加されるＸ軸方向の電流出力側の（＋Ｘ方向側の）端子は−電荷が充電されて当該容量成分の電位が−Ｖ_Ｂとなる。そして、第２位相において当該端子の電位は、充電された−電荷が放電して、第１位相から第２位相に切り換わった時点から放電が終了するまでの期間に、電位が−Ｖ_ＢからＶ_Ｓへと絶対値が増加する増加曲線を描く。

【0025】

したがって、第２位相におけるＸ軸方向の端子間の電圧は、定常状態においては、（数１）式と同様に−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏとなるが、第１位相から第２位相に切り換わった時点から放電が終了するまでの期間は、両端子における減衰・増加曲線の差分として、＋側のスパイク信号Ｖ_ＳＰ（ｔ）が形成される。

【0026】

同様に、第２位相においてバイアス＋Ｖ_Ｂが印加されるＹ軸方向の電流供給側の（＋Ｙ方向側の）端子は、容量成分に＋電荷が充電されて当該容量成分の電位が＋Ｖ_Ｂとなる。そして、第１位相において当該端子の電位は、充電された＋電荷が放電して、第２位相から第１位相に切り換わった時点から放電が終了して定常状態（即ち、ホール起電力信号＋Ｖ_Ｓ）へと移行するまでの期間に、電位が＋Ｖ_Ｂから＋Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏへと減衰曲線を描く。また、第２位相においてバイアス−Ｖ_Ｂが印加されるＹ軸方向の電流出力側の（−Ｙ方向側の）端子は−電荷が充電されて当該容量成分の電位が−Ｖ_Ｂとなる。そして、第１位相において当該端子の電位は、充電された−電荷が放電して、第２位相から第１位相に切り換わった時点から放電が終了するまでの期間に、電位が−Ｖ_Ｂから−Ｖ_Ｓへと絶対値が増加する増加曲線を描く。

【0027】

したがって、第１位相におけるＸ軸方向の端子間の電圧は、定常状態においては、（数１）式と同様に＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏとなるが、第２位相から第１位相に切り換わった時点から放電が終了するまでの期間は、両端子における減衰・増加曲線の差分として、＋側のスパイク信号Ｖ_ＳＰ（ｔ）が形成される。

【0028】

即ち、第１のホール素子は、次式のように、過渡的なスパイク信号Ｖ_ＳＰ（ｔ）を含む検出信号を出力する。なお、スパイク信号Ｖ_ＳＰ（ｔ）は、時間的に変動する信号なので、周波数的には広帯域に広がってしまい、オフセット信号のようにホール起電力信号Ｖ_Ｓと周波数的に分離することはできない。
（数２）
Ｖ_ｈ１１＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ１２＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）

【0029】

このようなスパイク信号を低減すべく、特許文献１等に記載されているように、通電方向の切り換え方向を互いに逆向きにした、１対のホール素子を設けることが知られている。例えば、＋Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第１のホール素子は、第１位相から第４位相において＋Ｘ方向、−Ｙ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向と、電流を流す方向をＸＹ平面において時計回りに略９０度ずつ順に変更され、検出信号を、＋Ｙ方向側、−Ｘ方向側、＋Ｙ方向側、−Ｘ方向側の端子を正極として順に取得することを繰り返す。これにより、第１のホール素子の第１位相から第４位相で取得される信号Ｖ_ｈ１１〜Ｖ_ｈ１４は、次式で示される。
（数３）
Ｖ_ｈ１１＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ−Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ１２＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ１３＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ１４＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ−Ｖ_ＳＰ（ｔ）

【0030】

そして第１のホール素子と同一方向の磁場Ｂが印加される第２のホール素子は、第１位相から第４位相において＋Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｘ方向、−Ｙ方向と、電流を流す方向をＸＹ平面において反時計回りに略９０度ずつ順に変更され、検出信号を、＋Ｙ方向側、＋Ｘ方向側、＋Ｙ方向側、＋Ｘ方向側の端子を正極として順に取得することを繰り返す。これにより、第２のホール素子の第１位相から第４位相で取得される信号Ｖ_ｈ２１〜Ｖ_ｈ２４は、次式で示される。
（数４）
Ｖ_ｈ２１＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ２２＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ−Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ２３＝−２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ−Ｖ_ＳＰ（ｔ）
Ｖ_ｈ２４＝＋２Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｏ＋Ｖ_ＳＰ（ｔ）

【0031】

（数３）式および（数４）式に示すように取得された検出信号に対して、略同一時刻に検出された信号同士の和を取ることにより、次式に示す信号を取得することができる。
（数５）
Ｖ_ｈ１１＋Ｖ_ｈ２１＝＋４Ｖ_Ｓ＋２Ｖ_Ｏ
Ｖ_ｈ１２＋Ｖ_ｈ２２＝−４Ｖ_Ｓ＋２Ｖ_Ｏ
Ｖ_ｈ１３＋Ｖ_ｈ２３＝−４Ｖ_Ｓ＋２Ｖ_Ｏ
Ｖ_ｈ１４＋Ｖ_ｈ２４＝＋４Ｖ_Ｓ＋２Ｖ_Ｏ

【0032】

このように、第１のホール素子および第２のホール素子の検出信号の和を算出することにより、理想的にはスパイク信号をキャンセルすることできる。また、（数５）式に示す信号は、（数１）式と同様に、ホール素子の検出信号のうち、スピニングカレントクロック（より正確には、クロック信号の１／２のクロック）によってホール起電力信号Ｖ_Ｓを変調してＤＣ信号にすると共に、オフセット電圧Ｖ_Ｏを変調信号出力とする。したがって、ホール起電力信号Ｖ_Ｓおよびオフセット電圧Ｖ_Ｏは、周波数領域で分離することができ、理想的には、フィルタ等を用いて当該オフセット信号を除去することができる。即ち、スピニングカレント法を用い、ホール素子対の通電方向および信号取得方向を制御することにより、スパイク信号およびオフセットを低減することができる。

【0033】

しかしながら、上記の例は、第１のホール素子および第２のホール素子に同一方向の磁場Ｂが印加される場合に限られる。即ち、図１から図４で説明したように、第１のホール素子および第２のホール素子に逆向きに磁場が印加される場合、上記の制御を実行すると、スパイク信号が強調されてしまい、磁場の検出特性が悪化する場合が生じていた。特に、磁気センサの検出信号を連続時間で処理する連続時間信号処理においては、スパイク状の信号がそのまま誤差信号となってしまい、性能劣化を引き起こしていた。

【0034】

そこで、本実施形態に係る検出装置は、第１のホール素子および第２のホール素子に逆向きに磁場が印加された場合の検出信号を取得して、スパイク信号およびオフセットを低減させる。このような検出装置について、図５を用いて説明する。

【0035】

図５は、本実施形態に係る検出装置２００の構成例を示す。検出装置２００は、外部から入力する磁場を検出する。検出装置２００は、第１ホール素子１０と、第２ホール素子２０と、第１スイッチ回路２１０と、第２スイッチ回路２１２と、第１増幅部２２０と、第２増幅部２２２と、第１加算部２３０と、第２加算部２３２と、増幅部２４０と、第１切換部２５０と、クロック発生部２６０とを備える。

【0036】

第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、検出対象の磁場が逆向きに印加される。即ち、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、図１から図４で説明した磁気センサ１００が有する第１ホール素子１０および第２ホール素子２０と略同一の素子でよい。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、それぞれ複数の端子を有する。第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が有する複数の端子は、それぞれ、駆動端子、電流出力端子、正の測定端子、および負の測定端子のいずれかとして機能してよい。

【0037】

第１ホール素子１０が有する複数の端子は、第１平面上において第１ホール素子１０から相異なる複数の方向にそれぞれ延伸する。例えば、第１ホール素子１０が有する複数の端子は、図１から図４で説明した磁気センサ１００のＸＹ平面において、相異なる複数の方向にそれぞれ延伸する。この場合、第１ホール素子１０が有する複数の端子は、Ｘ軸およびＹ軸に対して、それぞれ線対称な形状に設けられてよい。

【0038】

第２ホール素子が有する複数の端子は、第１平面上において第１ホール素子１０が有する複数の端子と同一方向に延伸する。第２ホール素子２０が有する複数の端子は、図１から図４で説明した磁気センサ１００のＸＹ平面において、相異なる複数の方向にそれぞれ延伸してよく、Ｘ軸およびＹ軸に対して、それぞれ線対称な形状に設けられてよい。第１ホール素子１０および第２ホール素子は、略相似な形状に設けられてよく、また、略同一形状に形成されることが望ましい。

【0039】

図５は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が、４つの端子を有する例を示す。即ち、第１ホール素子１０は、端子１２、端子１４、端子１６、および端子１８を有し、第２ホール素子２０は、端子２２、端子２４、端子２６、および端子２８を有する。ここで、当該４つの端子のうち、２つの端子は、第１の方向に並んでよく、残りの２つは、当該第１の方向とは異なる第２の方向に並んでよい。この場合、第１の方向および第２の方向は、ＸＹ平面において直交してよい。例えば、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、ＸＹ平面において、十字形状に形成されてよい。図５は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０が、十字形状に形成された４つの端子をそれぞれ有する例を示す。

【0040】

また、当該第１の方向が、ＸＹ平面においてＸ軸と予め定められた角度を有するように、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、基板１１０に形成されてよい。例えば、当該第１の方向はＸ軸と略平行でよい（この場合、当該第２の方向はＹ軸と略平行となってよい）。これに代えて、当該第１の方向はＸ軸およびＹ軸となす角がそれぞれ略４５度の方向と略平行でよい（この場合、当該第２の方向はＸ軸となす角が略４５度でＹ軸となす角が略１３５度の方向と略平行となってよい）。

【0041】

第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、第１の方向に駆動電流を流し、第２の方向から測定電圧を出力してよく、これに代えて、第２の方向に駆動電流を流し、第１の方向から測定電圧を出力してもよい。例えば、第１ホール素子１０は、端子１２および端子１４の間で駆動電流を流し、端子１６および端子１８の間で測定電圧を外部に出力してよく、これに代えて、端子１６および端子１８の間で駆動電流を流し、端子１２および端子１４の間で測定電圧を外部に出力してよい。

【0042】

第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、第１の方向に駆動電流を流す場合、当該第１の方向には、駆動電流を注入する駆動端子および電流を出力する電流出力端子として機能する２つの端子がそれぞれ並ぶ。そして、第２の方向には、正の測定端子および負の測定端子として機能する２つの端子がそれぞれ並ぶ。また、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０は、第２の方向に駆動電流を流す場合、当該第２の方向には、駆動電流を注入する駆動端子および電流を出力する電流出力端子として機能する２つの端子がそれぞれ並ぶ。そして、第１の方向には、正の測定端子および負の測定端子として機能する２つの端子がそれぞれ並ぶ。

【0043】

第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える。第１スイッチ回路２１０は、定電流を流す定電流源および外部に測定電圧を出力する外部接続端子を有する。第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子と接続され、当該複数の端子、定電流源、および外部接続端子の間の接続を切り換える。

【0044】

図５の例において、第１スイッチ回路２１０は、端子１２、端子１４、端子１６、および端子１８のそれぞれを、駆動端子、電流出力端子、正の測定端子、および負の測定端子のいずれか１つとして機能するように切り換える。例えば、第１スイッチ回路２１０は、第１の方向に駆動電流を流す場合、端子１２および端子１４を定電流源にそれぞれ接続して駆動端子および電流出力端子としてそれぞれ機能させ、端子１６および端子１８を外部接続端子にそれぞれ接続して正の測定端子および負の測定端子としてそれぞれ機能させる。

【0045】

第１スイッチ回路２１０は、例えば、各端子の接続の第１の組み合わせと第２の組み合わせとを、切り換えてよい。第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子を、第１ホール素子１０の第１方向に駆動電流を流す駆動端子および電流出力端子と、第１方向とは異なる第２方向から第１ホール素子１０の測定電圧を出力させる正の測定端子および負の測定端子の第１の組み合わせと、第１ホール素子１０の第２方向に駆動電流を流す駆動端子および電流出力端子と、第１方向から第１ホール素子１０の測定電圧を出力させる正の測定端子および負の測定端子との第２の組み合わせと、のいずれかに切り換えてよい。

【0046】

第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える。第２スイッチ回路２１２は、定電流を流す定電流源および外部に測定電圧を出力する外部接続端子を有する。第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０が有する複数の端子と接続され、当該複数の端子、定電流源、および外部接続端子の間の接続を切り換える。

【0047】

図５の例において、第２スイッチ回路２１２は、端子２２、端子２４、端子２６、および端子２８のそれぞれを、駆動端子、電流出力端子、正の測定端子、および負の測定端子のいずれか１つとして機能するように切り換える。例えば、第２スイッチ回路２１２は、第１の方向に駆動電流を流す場合、端子２２および端子２４を定電流源にそれぞれ接続して駆動端子および電流出力端子としてそれぞれ機能させ、端子２６および端子２８を外部接続端子にそれぞれ接続して正の測定端子および負の測定端子としてそれぞれ機能させる。

【0048】

第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０が第１ホール素子１０の駆動端子を正の測定端子に切り換えることに応じて、第２ホール素子２０における駆動端子を負の測定端子に切り換える。また、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０が第１ホール素子１０の駆動端子を負の測定端子に切り換えることに応じて、第２ホール素子２０における駆動端子を正の測定端子に切り換えてもよい。第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の切換動作と同期して、第２ホール素子２０の切換動作を実行してよい。また、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２は、予め定められた周期で切換動作を実行してよい。

【0049】

例えば、第１スイッチ回路２１０が端子１２から端子１４へと駆動電流を流している状態から、端子１２および端子１４をそれぞれ外部接続端子に接続する状態へと切り換える場合、第２スイッチ回路２１２は、端子２２から端子２４へと駆動電流を流している状態から、端子２２および端子２４をそれぞれ外部接続端子に接続する状態へと切り換えてよい。この場合において、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０が端子１２および端子１４を外部接続端子に接続する極性とは逆極性となるように、端子２２および端子２４をそれぞれ外部接続端子に接続する。

【0050】

また、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子のうち、予め定められた順序で駆動端子を選択して切り換え、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０が駆動端子を選択する順序と同じ順序で、第２ホール素子２０が有する複数の端子のうち駆動端子を選択して切り換える。例えば、第１スイッチ回路２１０が、駆動端子を端子１２、端子１８、端子１４、端子１６、端子１２、・・・の順に（即ち、ＸＹ平面において反時計回りに）切り換えた場合、第２スイッチ回路２１２は、駆動端子を端子２２、端子２６、端子２４、端子２８、端子２２、・・・の順に（即ち、反時計回りに）切り換えてよい。

【0051】

この場合、第２スイッチ回路２１２は、選択順序は同じにしても、駆動端子とする端子の位置を異ならせてもよい。例えば、第１スイッチ回路２１０が、駆動端子を端子１２、端子１８、端子１４、端子１６、端子１２、・・・の順に（反時計回りに）切り換えた場合、第２スイッチ回路２１２は、駆動端子を端子２６、端子２４、端子２８、端子２２、端子２６、・・・の順に（反時計回りに）切り換えてよい。このような第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２の切換については、後に述べる。

【0052】

第１増幅部２２０は、第１ホール素子１０の出力信号を増幅する。第１増幅部２２０は、差動増幅回路でよい。また、第１増幅部２２０は、電圧を電流に変換するトランジスタ差動対でもよい。第１増幅部２２０は、例えば、第１スイッチ回路２１０の外部接続端子に接続され、第１ホール素子１０の出力信号（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ１＋}、Ｖ_{ｈａｌｌ１−}）を受けとって増幅する。第１増幅部２２０は、増幅した信号を第１加算部２３０および第２加算部２３２に供給する。

【0053】

第２増幅部２２２は、第２ホール素子２０の出力信号を増幅する。第２増幅部２２２は、差動増幅回路でよい。また、第２増幅部２２２は、電圧を電流に変換するトランジスタ差動対でもよい。第２増幅部２２２は、例えば、第２スイッチ回路２１２の外部接続端子に接続され、第２ホール素子２０の出力信号（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ２＋}、Ｖ_{ｈａｌｌ２−}）を受けとって増幅する。第２増幅部２２２は、増幅した信号を第１加算部２３０および第２加算部２３２に供給する。

【0054】

第１加算部２３０は、入力した信号を加算して出力する。第１加算部２３０は、例えば、第１増幅部２２０および第２増幅部２２２に接続され、第１ホール素子１０の出力信号のうちの一方（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ１＋}）と、第２ホール素子２０の出力信号のうちの一方（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ２＋}）とを受け取り、加算して出力する。第１加算部２３０は、連続時間で同時加算して出力してよい。即ち、第１加算部２３０は、第１ホール素子１０の正の測定端子および第２ホール素子２０の正の測定端子からそれぞれ出力される出力信号を加算する。なお、当該加算は電流加算でもよい。第１加算部２３０は、加算した信号を増幅部２４０に供給する。

【0055】

第２加算部２３２は、入力した信号を加算して出力する。第２加算部２３２は、例えば、第１増幅部２２０および第２増幅部２２２に接続され、第１ホール素子１０の出力信号のうちの他方（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ−}）と、第２ホール素子２０の出力信号のうちの他方（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ２−}）とを受け取り、加算して出力する。第２加算部２３２は、連続時間で同時加算して出力してよい。即ち、第２加算部２３２は、第１ホール素子１０の負の測定端子および第２ホール素子２０の負の測定端子からそれぞれ出力される出力信号を加算する。なお、当該加算は電流加算でもよい。第２加算部２３２は、加算した信号を増幅部２４０に供給する。

【0056】

増幅部２４０は、第１加算部２３０が出力する信号と、第２加算部２３２が出力する信号とを、入力して増幅する。増幅部２４０は、差動増幅回路でよい。また、増幅部２４０は、電流電圧変換回路でもよい。増幅部２４０は、増幅した信号を第１切換部２５０に供給する。

【0057】

第１切換部２５０は、入力する信号の正負を予め定められたタイミングで反転する。第１切換部２５０は、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２の切り換えタイミングと同期したタイミングで、信号の正負を反転してよい。

【0058】

第１切換部２５０は、例えば、入力する信号を増幅部２４０から２つの信号線を用いた差動信号として受けとり、２つの信号線を用いた差動信号として出力する。この場合、第１切換部２５０は、入力信号線の一方を出力信号線の一方に接続し、かつ、入力信号線の他方を出力信号線の他方に接続するか、入力信号線の一方を出力信号線の他方に接続し、かつ、入力信号線の他方を出力信号線の一方に接続するか、を切り換えてよい。

【0059】

第１切換部２５０は、出力信号を外部へ検出装置２００の出力信号として出力する。第１切換部２５０は、バッファアンプ等を介して、出力信号を外部へ出力してよい。また、第１切換部２５０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部器を介して、出力信号を外部へ出力してもよい。

【0060】

クロック発生部２６０は、クロック信号を発生させて、第１スイッチ回路２１０、第２スイッチ回路２１２、第１切換部２５０に供給する。クロック発生部２６０は、クロック信号をスピニングカレントクロック信号として、それぞれ供給する。クロック発生部２６０は、例えば、数ｋＨｚから数百ｋＨｚの周波数のクロック信号を発生させてよい。

【0061】

なお、検出装置２００は、増幅動作を安定化すべく、フィードバックループを備えてよい。フィードバックループは、分圧部２７０と、第２切換部２８０と、増幅部２９０とを有する。

【0062】

分圧部２７０は、第１切換部２５０の出力を分圧する。分圧部２７０は、複数の抵抗器を有し、抵抗器の抵抗値に応じた分圧信号を出力する。分圧部２７０は、第１切換部２５０の出力が２つの信号線（一方を正の信号、他方を負の信号とする）による差動出力の場合、当該２つの信号線のそれぞれに接続され、それぞれの分圧信号を生成して出力してよい。分圧部２７０は、一例として、負の信号は抵抗値Ｒ_１およびＲ_２を有する２つの抵抗器によって出力信号を分圧比Ｒ_１／（Ｒ_１＋Ｒ_２）で分圧して出力する。また、正の信号は抵抗値Ｒ₃およびＲ₄を有する２つの抵抗器によって出力信号を分圧比Ｒ₃／（Ｒ₃＋Ｒ₄）で分圧して出力する。分圧部２７０は、分圧信号を第２切換部２８０に供給する。

【0063】

第２切換部２８０は、分圧信号の供給先を選択して切り換える。第２切換部２８０は、クロック発生部２６０のクロック信号に応じて分圧信号の供給先を選択して切り換える。即ち、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の出力信号は、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２によって、クロック発生部２６０のクロック信号のタイミングで変調されるので、当該変調に同期してフィードバック信号の供給先を切り換える。

【0064】

例えば、第２切換部２８０は、第１切換部２５０の正（プラス側）の信号出力の分圧信号を、変調信号がプラス側の信号になっている期間に当該プラス側の信号を伝送する一方の信号線に供給するように切り換える。この場合、第２切換部２８０は、第１切換部２５０の負（マイナス側）の信号出力の分圧信号を、正の信号出力の分圧信号を供給する信号線とは異なる他方の信号線に供給するように切り換えてよい。また、第２切換部２８０は、第１切換部２５０の正の信号出力の分圧信号を、変調信号がマイナス側の信号になっている期間に当該マイナス側の信号を伝送する他方の信号線に供給するように切り換えてよい。この場合、第２切換部２８０は、第１切換部２５０の負の信号出力の分圧信号を、一方の信号線に供給するように切り換えてよい。

【0065】

第２切換部２８０は、増幅部２９０を介して、分圧信号をフィードバック信号として第１加算部２３０および第２加算部２３２にそれぞれ供給する。この場合、第１加算部２３０および第２加算部２３２は、第１増幅部２２０、第２増幅部２２２、およびフィードバック信号を合計した信号を増幅部２４０にそれぞれ供給する。

【0066】

増幅部２９０は、第２切換部２８０と第１加算部２３０および第２加算部２３２の間に設けられ、フィードバック信号を増幅する。増幅部２９０は、バッファアンプとして機能してもよい。また、フィードバック信号が十分に供給できる場合、増幅部２９０は、なくてもよい。

【0067】

なお、第１増幅部２２０、第２増幅部２２２、増幅部２９０の増幅率をそれぞれ、Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３とし、第１切換部２５０の出力信号をＶ_ＯＵＴ１、Ｖ_ＯＵＴ２とすると、次式が成立する。
（数６）
Ｖ_ＯＵＴ１＝（１＋Ｒ_２／Ｒ_１）｛（Ｇ_１／Ｇ_３）Ｖ_{ｈａｌｌ１＋}＋（Ｇ_２／Ｇ_３）Ｖ_{ｈａｌｌ２＋}｝
Ｖ_ＯＵＴ２＝（１＋Ｒ_４／Ｒ_３）｛（Ｇ_１／Ｇ_３）Ｖ_{ｈａｌｌ１−}＋（Ｇ_２／Ｇ_３）Ｖ_{ｈａｌｌ２−}｝

【0068】

以上の本実施形態に係る検出装置２００は、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０にそれぞれ逆向きに磁場が印加される場合において、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２の切換を予め定められた順に制御する。第１スイッチ回路２１０が切り換える第１ホール素子１０の接続状態について、図６から図９を用いて説明する。また、第２スイッチ回路２１２が切り換える第２ホール素子２０の接続状態について、図１０から図１３を用いて説明する。

【0069】

図６は、本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第１の例を示す。図６は、第１スイッチ回路２１０が、＋Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第１ホール素子１０の端子１２を駆動端子、端子１４を電流出力端子として選択して定電流源にそれぞれ接続し、端子１２から端子１４に電流ｉを流す例を示す。なお、定電流源は、電流を供給するプラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋と電流を受けとるマイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−を有してよく、この場合、第１スイッチ回路２１０は、端子１２をプラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋に、端子１４をマイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−にそれぞれ接続する。なお、Ｖｃ_＋とＶｃ₋はホール素子のコモン電圧から見た差分電圧でその電位を表しているものとし、以下においてはＶｃ₋＝−Ｖｃ_＋であるとして説明を行う。

【0070】

また、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０の端子１６を正の測定端子、端子１８を負の測定端子として選択して外部接続端子に接続にそれぞれ接続し、端子１６および端子１８から出力される出力信号を第１増幅部２２０に供給する。図６の例において、第１ホール素子１０は、磁場Ｂの方向および電流ｉの方向に応じて、端子１６からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ１＋}として出力する。したがって、第１スイッチ回路２１０は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第１増幅部２２０の差動入力のプラス側の入力に供給する。そして、第１ホール素子１０は、端子１８からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ１−}として出力する。したがって、第１スイッチ回路２１０は、マイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇを第１増幅部２２０の差動入力のマイナス側の入力に供給する。

【0071】

図７は、本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第２の例を示す。図７は、第１スイッチ回路２１０が、＋Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第１ホール素子１０の端子１６を駆動端子、端子１８を電流出力端子として選択して定電流源にそれぞれ接続し、端子１６から端子１８に電流ｉを流す例を示す。また、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０の端子１２を正の測定端子、端子１４を負の測定端子として選択して外部接続端子に接続にそれぞれ接続し、端子１２および端子１４から出力される出力信号を第１増幅部２２０に供給する。

【0072】

図７の例において、第１ホール素子１０は、磁場Ｂの方向および電流ｉの方向に応じて、端子１４側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ１−}として出力する。したがって、第１スイッチ回路２１０は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第１増幅部２２０の差動入力のマイナス側の入力に供給する。

【0073】

図８は、本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第３の例を示す。図８は、第１スイッチ回路２１０が、＋Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第１ホール素子１０の端子１４を駆動端子、端子１２を電流出力端子として選択し、端子１４から端子１２に電流ｉを流す例を示す。また、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０の端子１６を正の測定端子、端子１８を負の測定端子として選択し、端子１６および端子１８から出力される出力信号を第１増幅部２２０に供給する。図８の例において、第１ホール素子１０は、端子１８側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ１−}として出力する。したがって、第１スイッチ回路２１０は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第１増幅部２２０の差動入力のマイナス側の入力に供給する。

【0074】

図９は、本実施形態に係る第１ホール素子１０の接続の第４の例を示す。図９は、第１スイッチ回路２１０が、＋Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第１ホール素子１０の端子１８を駆動端子、端子１６を電流出力端子として選択し、端子１８から端子１６に電流ｉを流す例を示す。また、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０の端子１２を正の測定端子、端子１４を負の測定端子として選択し、端子１２および端子１４から出力される出力信号を第１増幅部２２０に供給する。図９の例において、第１ホール素子１０は、端子１２側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ１＋}として出力する。したがって、第１スイッチ回路２１０は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第１増幅部２２０の差動入力のプラス側の入力に供給する。

【0075】

図１０は、本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第１の例を示す。図１０は、第２スイッチ回路２１２が、−Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第２ホール素子２０の端子２２を駆動端子、端子２４を電流出力端子として選択して定電流源にそれぞれ接続し、端子２２から端子２４に電流ｉを流す例を示す。また、第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０の端子２６を正の測定端子、端子２８を負の測定端子として選択して外部接続端子に接続にそれぞれ接続し、端子２６および端子２８から出力される出力信号を第２増幅部２２２に供給する。図１０の例において、第２ホール素子２０は、磁場Ｂの方向および電流ｉの方向に応じて、端子２６にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ２＋}として出力する。したがって、第２スイッチ回路２１２は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第２増幅部２２２の差動入力のプラス側の入力に供給する。

【0076】

図１１は、本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第２の例を示す。図１１は、第２スイッチ回路２１２が、−Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第２ホール素子２０の端子２８を駆動端子、端子２６を電流出力端子として選択し、端子２８から端子２６に電流ｉを流す例を示す。また、第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０の端子２４を正の測定端子、端子２２を負の測定端子として選択し、端子２４および端子２２から出力される出力信号を第２増幅部２２２に供給する。図１１の例において、第２ホール素子２０は、端子２２側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ２−}として出力する。したがって、第２スイッチ回路２１２は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第２増幅部２２２の差動入力のマイナス側の入力に供給する。

【0077】

図１２は、本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第３の例を示す。図１２は、第２スイッチ回路２１２が、−Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第２ホール素子２０の端子２４を駆動端子、端子２２を電流出力端子として選択し、端子２４から端子２２に電流ｉを流す例を示す。また、第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０の端子２６を正の測定端子、端子２８を負の測定端子として選択し、端子２６および端子２８から出力される出力信号を第２増幅部２２２に供給する。図１２の例において、第２ホール素子２０は、端子２８側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ２−}として出力する。したがって、第２スイッチ回路２１２は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第２増幅部２２２の差動入力のマイナス側の入力に供給する。

【0078】

図１３は、本実施形態に係る第２ホール素子２０の接続の第４の例を示す。図１３は、第２スイッチ回路２１２が、−Ｚ方向に磁場Ｂが印加された第２ホール素子２０の端子２６を駆動端子、端子２８を電流出力端子として選択し、端子２６から端子２８に電流ｉを流す例を示す。また、第２スイッチ回路２１２は、第２ホール素子２０の端子２４を正の測定端子、端子２２を負の測定端子として選択し、端子２４および端子２２から出力される出力信号を第２増幅部２２２に供給する。図１３の例において、第２ホール素子２０は、端子２４側にプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを出力信号Ｖ_{ｈａｌｌ２＋}として出力する。したがって、第２スイッチ回路２１２は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇを第２増幅部２２２の差動入力のプラス側の入力に供給する。

【0079】

本実施形態に係る検出装置２００は、以上の第１ホール素子１０の接続および第２ホール素子２０の接続を組み合わせて、オフセット信号と、過渡的なスパイク信号とを除去する。例えば、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子のうち、第１平面において、第１ホール素子１０を中心とした予め定められた回転方向に駆動端子を選択して切り換える。即ち、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図８、図９、図６、・・・に示す接続の順に、クロック発生部２６０のクロックに応じて、第１ホール素子１０の接続を切り換えてよい。この場合、第１スイッチ回路２１０は、端子１２、端子１６、端子１４、端子１８、端子１２、・・・と、第１ホール素子１０を中心として時計回りに駆動端子を選択して切り換えることになる。

【0080】

そして、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０が駆動端子を選択する順序と同じ順序で、第２ホール素子２０の駆動端子を選択して切り換える。即ち、第２スイッチ回路２１２は、図１０、図１１、図１２、図１３、図１０、・・・に示す接続の順に、クロック発生部２６０のクロックに応じて、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。この場合、第２スイッチ回路２１２は、端子２２、端子２８、端子２４、端子２６、端子２２、・・・と、第２ホール素子２０を中心として時計回りに駆動端子を選択して切り換えることになる。

【0081】

検出装置２００がこのように第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の信号波形について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、時計回りに選択して切り換えた場合の信号波形の一例を示す。図１４の横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。

【0082】

クロック発生部２６０は、クロック位相φ１、φ２、φ３およびφ４を時間的に切り換えるクロック信号を発生する。クロック発生部２６０が発生するクロック信号は、スピニングカレント法のチョッパークロックとして機能する。

【0083】

図１４の第１ホール素子の波形において、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる部分は、第１スイッチ回路２１０が、図６の接続から図７の接続へと第１ホール素子１０の接続を切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子１２は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ＋から−Ｖ_ｓｉｇへと減少する減衰カーブを描く。また、端子１４は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ−から＋Ｖ_ｓｉｇへと増加する増加カーブを描く。したがって、端子１２をプラス側とした端子１２および端子１４の差動信号は、２Ｖ_Ｃ＋から−２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に減少する減衰曲線を示し、その後、−２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0084】

また、図１４の第１ホール素子の波形において、クロック位相がφ２からφ３に切り換わる部分は、第１スイッチ回路２１０が、図７の接続から図８の接続へと切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子１６は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わり、端子１８は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わる。したがって、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる場合と同様に、端子１６をプラス側とした端子１６および端子１８の差動信号は、２Ｖ_Ｃ＋から−２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に減少する減衰曲線を示し、その後、−２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0085】

また、図１４の第１ホール素子の波形において、クロック位相がφ３からφ４に切り換わる部分は、第１スイッチ回路２１０が、図８の接続から図９の接続へと切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子１２は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ−から＋Ｖ_ｓｉｇへと増加する増加カーブを描く。また、端子１４は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ＋から−Ｖ_ｓｉｇへと減少する減衰カーブを描く。したがって、端子１２をプラス側とした端子１２および端子１４の差動信号は、２Ｖ_Ｃ−から＋２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に増加する増加曲線を示し、その後、＋２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0086】

また、図１４の第１ホール素子の波形において、クロック位相がφ４からφ１に切り換わる部分は、第１スイッチ回路２１０が、図９の接続から図６の接続へと切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子１６は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わり、端子１４は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わる。したがって、クロック位相がφ３からφ４に切り換わる場合と同様に、端子１６をプラス側とした端子１６および端子１８の差動信号は、２Ｖ_Ｃ−から＋２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に増加する増加曲線を示し、その後、＋２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0087】

したがって、第１ホール素子１０の出力信号の波形は、クロック信号の切り換えに伴い、＋２Ｖ_ｓｉｇおよび−２Ｖ_ｓｉｇが切り換わる変調信号と、プラス側およびマイナス側に発生するスパイク信号と、オフセット信号を含む信号となる。なお、オフセット信号は、プラス側のＤＣ成分として発生するが、図１４においては記載を省いている。

【0088】

図１４の第２ホール素子の波形において、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる部分は、第２スイッチ回路２１２が、図１０の接続から図１１の接続へと第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子２４は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ−から−Ｖ_ｓｉｇへと増加する増加カーブを描く。また、端子２２は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ＋から＋Ｖ_ｓｉｇへと減少する減衰カーブを描く。したがって、端子２４をプラス側とした端子２４および端子２２の差動信号は、２Ｖ_Ｃ−から−２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に増加する増加曲線を示し、その後、−２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0089】

また、図１４の第２ホール素子の波形において、クロック位相がφ２からφ３に切り換わる部分は、第２スイッチ回路２１２が、図１１の接続から図１２の接続へと第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子２６は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わり、端子２８は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わる。したがって、端子２６をプラス側とした端子２６および端子２８の差動信号は、２Ｖ_Ｃ−から−２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に増加する増加曲線を示し、その後、−２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0090】

また、図１４の第２ホール素子の波形において、クロック位相がφ３からφ４に切り換わる部分は、第２スイッチ回路２１２が、図１２の接続から図１３の接続へと第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の信号波形の例を示す。この場合、端子２４は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ＋から＋Ｖ_ｓｉｇへと減少する減衰カーブを描く。また、端子２２は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、Ｖ_Ｃ−から−Ｖ_ｓｉｇへと増加する増加カーブを描く。したがって、端子２４をプラス側とした端子２４および端子２２の差動信号は、２Ｖ_Ｃ＋から＋２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に減少する減衰曲線を示し、その後、＋２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0091】

また、図１４の第２ホール素子の波形において、クロック位相がφ４からφ１に切り換わる部分は、第２スイッチ回路２１２が、図１３の接続から図１０の接続へと第２ホール素子２０の接続を切り換えた例場合の信号波形の例を示す。この場合、端子２６は、プラス側のコモンバイアスＶ_Ｃ＋の接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わり、端子２８は、マイナス側のコモンバイアスＶ_Ｃ−の接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わる。したがって、端子２６をプラス側とした端子２６および端子２８の差動信号は、２Ｖ_Ｃ＋から＋２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に減少する減衰曲線を示し、その後、＋２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。

【0092】

したがって、第２ホール素子２０の出力信号の波形は、クロック信号の切り換えに伴い、＋２Ｖ_ｓｉｇおよび−２Ｖ_ｓｉｇが切り換わる変調信号と、プラス側およびマイナス側に発生するスパイク信号と、オフセット信号を含む信号となる。なお、オフセット信号は、プラス側のＤＣ成分として発生するが、図１４においては記載を省いている。

【0093】

このように、第２スイッチ回路は、第１スイッチ回路の駆動端子を選択する順序と同じ順序で第２ホール素子の駆動端子を切り換え、かつ、第１スイッチ回路が駆動端子を測定端子に切り換えることに応じて、第２ホール素子における駆動端子を逆極性の測定端子に切り換える。これにより、第２ホール素子２０の出力信号の波形は、第１ホール素子１０の出力信号の波形と比較して、変調信号の変調の向きを一致させ、スパイク信号の発生する正負の向きを反転させることができる。

【0094】

第１加算部２３０および第２加算部２３２は、このような第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の出力信号を加算する。加算後の信号は、図１４に示すように、変調の向きが一致した変調信号を加算することにより、変調信号の振幅値が２倍になり、反転したスパイク信号が加算によりキャンセルされる。なお、オフセット信号は、ＤＣ成分として存在するが、図１４においては記載を省いている。これにより、検出装置２００は、クロック信号の１／２の周波数で変調されたホール起電力信号と、オフセットのＤＣ成分とを有する信号を加算信号として取得することができる。

【0095】

第１切換部２５０は、クロック発生部２６０のクロック信号に基づき、当該加算信号を復調する。即ち、第１切換部２５０は、クロック発生部２６０のクロック信号１／２の周波数のクロック（復調クロック）で、当該加算信号の極性を反転させる。これにより、第１切換部２５０は、ホール起電力信号をＤＣ信号として出力することができる。なお、オフセット信号は、復調によって、逆に変調信号となるので、フィルタ等で除去することができる。これに代えて、オフセット信号は、第１切換部２５０に入力される前のＤＣ成分の段階で、フィルタ等で除去されてもよい。

【0096】

以上のように、本実施形態に係る検出装置２００は、２つのホール素子に入力する磁場の向きがそれぞれ異なってしまう場合であっても、ホール素子のオフセットをキャンセルすると共に、過渡的なスパイク信号を低減することができる。また、検出装置２００は、ホール素子の駆動端子を選択する順序を同一にした簡便な制御で、ホール起電力信号を取得することができる。これによって、検出装置２００は、精度の良い磁気センサ、電流センサ等を、提供することができる。

【0097】

以上のように、本実施形態に係る検出装置２００は、２つのホール素子の駆動端子を選択する順序を、時計回りに選択する例を説明した。これに代えて、検出装置２００は、２つのホール素子の駆動端子を選択する順序を、反時計回りに選択してもよい。即ち、第１スイッチ回路２１０は、図６、図９、図８、図７、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１０、図１３、図１２、図１１、図１０、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。

【0098】

このように、検出装置２００は、２つのホール素子の駆動端子を選択する順序を、同一の回転方向に切り換える場合、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択とは位相をずらして、第２ホール素子２０の駆動端子を選択して切り換えてもよい。例えば、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択と比較して９０度位相をずらして、第２ホール素子２０の駆動端子を選択して切り換えてよい。

【0099】

より具体的には、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図８、図９、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１１、図１２、図１３、図１０、図１１、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。なお、この場合、第２スイッチ回路２１２は、図１１および図１３の接続において、正の測定端子を端子２２に、負の測定端子を端子２４に接続する。

【0100】

また、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択と比較して１８０度位相をずらして、第２ホール素子２０の駆動端子を選択して切り換えてもよい。より具体的には、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図８、図９、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１２、図１３、図１０、図１１、図１２、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。なお、この場合、第２スイッチ回路２１２は、図１０から図１３の接続の全てにおいて、正の測定端子と負の測定端子の接続を反転させる。

【0101】

また、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択と比較して２７０度位相をずらして、第２ホール素子２０の駆動端子を選択して切り換えてよい。より具体的には、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図８、図９、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１３、図１０、図１１、図１２、図１３、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。なお、この場合、第２スイッチ回路２１２は、図１０および図１２の接続において、正の測定端子を端子２８に、負の測定端子を端子２６に接続する。

【0102】

これに代えて、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子のうち、第１平面において、第１ホール素子１０を中心として８の字に駆動端子を選択して切り換えてもよい。この場合、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択の順序と同一の順序で（即ち、８の字に）、第２ホール素子２０の駆動端子を切り換える。

【0103】

より具体的には、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図９、図８、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１０、図１１、図１３、図１２、図１０、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。なお、この場合、第１スイッチ回路２１０は、図８および図９の接続において、第２スイッチ回路２１２は、図１２および図１３の接続において、正の測定端子と負の測定端子の接続を逆にする。

【0104】

検出装置２００がこのように第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の、信号波形の例を図１５に示す。図１５は、本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、８の字に選択して切り換えた場合の信号波形の一例を示す。図１５の横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。なお、図１５において、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる場合、およびφ３からφ４に切り換わる場合の信号波形の変化は、図１４で説明した変化と同様に説明できるのでここでは説明を省略する。ただし、φ３からφ４に切り換わる場合のスパイク信号の極性は、図１４と逆となる。

【0105】

図１５の第１ホール素子の波形は、クロック位相がφ２からφ３に切り換わると共に、第１スイッチ回路２１０が、図７の接続から図９の接続へと第１ホール素子１０の接続を切り換えた例を示す。なお、第１スイッチ回路２１０は、図９における正の測定端子と負の測定端子の接続を逆に接続する。この場合、端子１４は、プラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇの接続からマイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、＋Ｖ_ｓｉｇから−Ｖ_ｓｉｇへと減少する減衰カーブを描く。

【0106】

また、端子１２は、マイナス側のホール起電力信号−Ｖ_ｓｉｇの接続からプラス側のホール起電力信号＋Ｖ_ｓｉｇに切り換わるので、過渡的には、−Ｖ_ｓｉｇから＋Ｖ_ｓｉｇへと増加する増加カーブを描く。したがって、端子１４をプラス側とした端子１４および端子１２の差動信号は、２Ｖ_ｓｉｇから−２Ｖ_ｓｉｇへと過渡的に減少する減衰曲線を示し、その後、−２Ｖ_ｓｉｇの一定値を保つ。このような減衰曲線は、コモンバイアスからの変動ではないので、例えば、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる場合の減衰曲線よりも大きな変動にはならない。したがって、クロック位相がφ２からφ３に切り換わる場合、スパイク信号は発生するが、当該スパイク信号は、クロック位相がφ１からφ２に切り換わる場合のスパイク信号よりもピーク値が極めて小さくなる。また、このスパイク信号は磁場が入力されていない時は発生しないため、オフセットに寄与しない。

【0107】

このようなスパイク信号の発生は、クロック位相がφ４からφ１に切り換わる場合の第１ホール素子１０の信号波形も同様に説明できるのでここでは説明を省略する。また、クロック位相がφ２からφ３に切り換わる場合、およびφ４からφ１に切り換わる場合の第２ホール素子２０の信号波形も同様に説明できるのでここでは説明を省略する。

【0108】

このように、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２が、駆動端子の選択を８の字に切り換える場合も、第２ホール素子２０の出力信号の波形は、第１ホール素子１０の出力信号の波形と比較して、変調信号の変調の向きを一致させ、スパイク信号の発生する正負の向きを反転させることができる。したがって、第１加算部２３０および第２加算部２３２による加算により、変調信号の振幅値が２倍になり、反転したスパイク信号をキャンセルすることができる。

【0109】

また、ホール起電力信号は変調され、オフセット信号はＤＣ成分となるので、周波数領域で分離することができる。なお、第１切換部２５０による復調の動作は、図１４で説明した動作と略同一なのでここでは省略する。以上のように、駆動端子の選択を８の字に切り換える場合も、ホール素子のオフセットを低減させると共に、過渡的なスパイク信号を低減することができる。なお、プロセスの製造ばらつきによって第１ホール素子１０、第２ホール素子２０の浮遊容量がずれ、第１ホール素子１０、第２ホール素子２０のどちらかのスパイク信号の強度がより大きく、スパイク信号をキャンセルできない場合がある。このような場合であっても、駆動端子の選択を８の字に切り換えることにより、復調後の残留したスパイク信号は、復調クロックの位相切り換え毎に、ホール起電力信号を基準として極性が反転しながら発生するため、平均的に誤差が極めて低減されたものにすることができる。

【0110】

これに代えて、第１スイッチ回路２１０は、第１ホール素子１０が有する複数の端子を、駆動端子、電流出力端子、正の測定端子、および負の測定端子の予め定められた２つの組み合わせのいずれかに切り換えてもよい。この場合、第２スイッチ回路２１２は、第１スイッチ回路２１０の駆動端子の選択の順序と同一の順序で（即ち、予め定められた２つの組み合わせのいずれかに）、第２ホール素子２０の駆動端子を切り換える。

【0111】

より具体的には、第１スイッチ回路２１０は、図６、図７、図６、図７、図６、・・・に示す接続の順に、第１ホール素子１０の接続を切り換え、第２スイッチ回路２１２は、図１２、図１３、図１２、図１３、図１２、・・・に示す接続の順に、第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。即ち、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２は、クロック位相がφ１、φ２、φ１、φ２、・・・と切り換わるように、第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の接続を切り換えてよい。なお、この場合、第２スイッチ回路２１２は、図１２および図１３の接続において、正の測定端子と負の測定端子の接続を逆にする。

【0112】

検出装置２００がこのように第１ホール素子１０および第２ホール素子２０の接続を切り換えた場合の、信号波形の例を図１６に示す。図１６は、本実施形態に係るホール素子の駆動端子を、予め定められた２つの接続の間を切り換える場合の信号波形の一例を示す。図１６の横軸は時間を示し、縦軸は信号強度を示す。なお、図１６において、クロック位相が切り換わる場合の信号波形の変化は、図１４で説明した変化と同様に説明できるのでここでは説明を省略する。

【0113】

図１６より、第１スイッチ回路２１０および第２スイッチ回路２１２が、駆動端子の選択を予め定められた２つの接続の間を切り換える場合も、第２ホール素子２０の出力信号の波形は、第１ホール素子１０の出力信号の波形と比較して、変調信号の変調の向きを一致させ、スパイク信号の発生する正負の向きを反転させることができる。したがって、第１加算部２３０および第２加算部２３２による加算により、変調信号の振幅値が２倍になり、反転したスパイク信号をキャンセルすることができる。また、ホール起電力信号は変調され、オフセット信号はＤＣ成分となるので、周波数領域で分離することができる。なお、プロセスの製造ばらつきによって第１ホール素子１０、第２ホール素子２０の浮遊容量がずれ、第１ホール素子１０、第２ホール素子２０のどちらかのスパイク信号の強度がより大きく、スパイク信号をキャンセルできない場合がある。このような場合であっても、駆動端子の選択を予め定められた２つの接続の間を切り換えることにより、復調後の残留したスパイク信号は、復調クロックの位相切り換え毎に、ホール起電力信号を基準として極性が反転しながら発生するため、平均的に誤差が極めて低減されたものにすることができる。

【0114】

以上の本実施形態に係る検出装置２００は、２つのホール素子を用いて、ホール素子のオフセットをキャンセルすると共に、過渡的なスパイク信号を低減させる例を説明した。これに代えて、検出装置２００は、３以上のホール素子を用いてもよい。

【0115】

例えば、基板１１０に不純物をドープする等の処理でホール素子を形成する場合、ホール素子内部で不純物濃度が一定にならず、不純物濃度の濃淡が一定の方向に傾く濃度勾配が生じる場合がある。このような場合、同一の磁場を入力させても、ホール素子の駆動端子の位置によってオフセットの信号強度が変動してしまうことがある。

【0116】

そこで、検出装置２００は、３以上のホール素子を用いることで、それぞれのホール素子の駆動端子の位置を異ならせて、濃度勾配によるオフセットの変動を平均化させて、当該オフセットの信号成分を低減できる。このような検出装置２００の例を、図１７および図１８を用いて説明する。

【0117】

図１７は、本実施形態に係るホール素子を４つ用いた場合の磁気センサ１００の上面の構成例を示す。図１７は、図２に示す第１の磁気センサ１００の変形例であり、図２に示された本実施形態に係る磁気センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の磁気センサ１００は、第３ホール素子３０と、第４ホール素子４０とを更に備える。図１７は、矢印１１２の方向に、濃度勾配が発生している例を説明する。

【0118】

第３ホール素子３０は、検出対象の磁場が第１ホール素子１０と同じ向きに印加され、第１ホール素子１０の複数の端子とそれぞれ同一方向に延伸する複数の端子を有する。第３ホール素子３０は、端子３２と、端子３４と、端子３６と、端子３８とを有し、第１ホール素子１０と略同一形状に形成される。第３ホール素子３０は、一例として、ＸＹ平面において第１ホール素子１０とＸ軸と平行な方向に並んで形成される。第３ホール素子３０は、磁気収束板１２０により、第１ホール素子１０と略同一の磁場が入力される。第３ホール素子３０は、例えば、＋Ｙ方向の磁場が磁気センサ１００に入力した場合、＋Ｚ方向の磁場が入力する。

【0119】

第４ホール素子４０は、検出対象の磁場が第２ホール素子２０と同じ向きに印加され、第２ホール素子２０の複数の端子とそれぞれ同一方向に延伸する複数の端子を有する。第４ホール素子４０は、端子４２と、端子４４と、端子４６と、端子４８とを有し、第２ホール素子２０と略同一形状に形成される。第４ホール素子４０は、一例として、ＸＹ平面において第２ホール素子２０とＸ軸と平行な方向に並んで形成される。第４ホール素子４０は、磁気収束板１２２により、第２ホール素子２０と略同一の磁場が入力される。第４ホール素子４０は、例えば、＋Ｙ方向の磁場が磁気センサ１００に入力した場合、−Ｚ方向の磁場が入力する。

【0120】

なお、第１ホール素子１０、第２ホール素子２０、第３ホール素子３０、および第４ホール素子４０は、中心から異なる４つ方向に延伸する４つの端子を有する十字形状を有してよい。また、当該４つの端子の延伸方向は、Ｘ軸およびＹ軸となす角がそれぞれ略４５度および略１３５度となる４つの方向でよい。

【0121】

本実施形態に係る検出装置２００は、このような磁気センサ１００に対して、互いに異なる方向を向く端子を第１ホール素子１０、第２ホール素子２０、第３ホール素子３０、および第４ホール素子４０の駆動端子とするように切り換える。例えば、検出装置２００は、クロック信号のクロック位相φ１において、第１ホール素子１０の端子１２、第２ホール素子２０の端子２４、第３ホール素子３０の端子３２、および第４ホール素子４０の端子４４を、駆動端子としてよい。そして、検出装置２００は、クロック信号に応じて、それぞれのホール素子の駆動端子を、時計回りまたは反時計回りに切り換えてよい。これに代えて、検出装置２００は、クロック信号に応じて、それぞれのホール素子の駆動端子を、８の字に切り換えてもよい。

【0122】

図１８は、本実施形態に係るホール素子を４つ用いた場合の、検出装置２００の構成例を示す。図１８は、図５に示す検出装置２００の変形例であり、図５に示された本実施形態に係る検出装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の検出装置２００は、第３スイッチ回路２１４と、第４スイッチ回路２１６と、第３増幅部２２４と、第４増幅部２２６とを更に備える。

【0123】

第３スイッチ回路２１４は、第３ホール素子３０が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える。第３増幅部２２４は、第３ホール素子３０の出力信号を増幅する。第３増幅部２２４は、差動増幅回路でよい。また、第３増幅部２２４は、電圧を電流に変換するトランジスタ差動対でも良い。第３増幅部２２４は、例えば、第３スイッチ回路２１４の外部接続端子に接続され、第３ホール素子３０の出力信号（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ３＋}、Ｖ_{ｈａｌｌ３−}）を受けとって増幅し、増幅した信号を第１加算部２３０および第２加算部２３２に供給する。

【0124】

第４スイッチ回路２１６は、第４ホール素子４０が有する複数の端子間において、駆動電流を注入する駆動端子、正の測定端子、および負の測定端子を切り換える。第４増幅部２２６は、第４ホール素子４０の出力信号を増幅する。第４増幅部２２６は、差動増幅回路でよい。また、第４増幅部２２６は、電圧を電流に変換するトランジスタ差動対でも良い。第４増幅部２２６は、例えば、第４スイッチ回路２１６の外部接続端子に接続され、第４ホール素子４０の出力信号（例えば、Ｖ_{ｈａｌｌ４＋}、Ｖ_{ｈａｌｌ４−}）を受けとって増幅し、増幅した信号を第１加算部２３０および第２加算部２３２に供給する。

【0125】

第１加算部２３０および第２加算部２３２は、第１増幅部２２０、第２増幅部２２２、第３増幅部２２４、第４増幅部２２６、および増幅部２９０からそれぞれ受けとる信号を加算して、増幅部２４０にそれぞれ供給する。なお、当該加算は電流加算でも良い。

【0126】

以上の検出装置２００において、図１７で説明したように、第１スイッチ回路２１０、第２スイッチ回路２１２、第３スイッチ回路２１４、および第４スイッチ回路２１６は、互いに異なる方向を向く端子を第１ホール素子１０、第２ホール素子２０、第３ホール素子３０、および第４ホール素子４０の駆動端子とするように切り換える。これにより、検出装置２００は、濃度勾配によるオフセットの変動を平均化させて、当該オフセットの信号成分を低減することができる。また、検出装置２００は、ホール素子のオフセットを低減させると共に、過渡的なスパイク信号を低減させることができる。

【0127】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0128】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0129】

１０ 第１ホール素子、１２、１４、１６、１８ 端子、２０ 第２ホール素子、２２、２４、２６、２８ 端子、３０ 第３ホール素子、３２、３４、３６、３８ 端子、４０ 第４ホール素子、４２、４４、４６、４８ 端子、１００ 磁気センサ、１１０ 基板、１１２ 矢印、１２０ 磁気収束板、１２２ 磁気収束板、１３０ 電流導体、２００ 検出装置、２１０ 第１スイッチ回路、２１２ 第２スイッチ回路、２１４ 第３スイッチ回路、２１６ 第４スイッチ回路、２２０ 第１増幅部、２２２ 第２増幅部、２２４ 第３増幅部、２２６ 第４増幅部、２３０ 第１加算部、２３２ 第２加算部、２４０ 増幅部、２５０ 第１切換部、２６０ クロック発生部、２７０ 分圧部、２８０ 第２切換部、２９０ 増幅部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】