特開 2024-139920 回転角度センサ及び半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139920

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】回転角度センサ及び半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050869

(22)【出願日】2023-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】715010864

【氏名又は名称】エイブリック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】挽地 友生

【テーマコード（参考）】

2F077

【Ｆターム（参考）】

2F077AA43

2F077CC02

2F077NN17

2F077PP12

2F077QQ03

2F077TT21

2F077TT31

(57)【要約】

【課題】比較的簡易な構成を有する回転角度センサ及び半導体装置を提供する。
【解決手段】回転角度センサは、第１方向の磁束密度を検出する第１磁気センサ素子（１１）と、第１方向と交わる第２方向の磁束密度を検出する第２磁気センサ素子（１２）と、第１磁気センサ素子に電源を供給する第１電流源（８１）と、第２磁気センサ素子に電源を供給する第２電流源（８２）と、第１磁気センサ素子の出力に応じた信号と第２磁気センサ素子の出力に応じた信号とを加算又は減算し信号を生成する信号生成回路（２５）と、信号生成回路により生成された信号と、所定の電圧とを比較する比較器（４０）と、比較器により比較された結果を保持するシフトレジスタ回路（５０）と、シフトレジスタ回路により保持された値に応じて、第１磁気センサ素子の出力に応じた信号の値と、第２磁気センサ素子の出力に応じた信号の値とを制御する制御回路（６０）とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向の磁束密度を検出する第１磁気センサ素子と、
前記第１方向と交わる第２方向の磁束密度を検出する第２磁気センサ素子と、
前記第１磁気センサ素子に電源を供給する第１電流源と、
前記第２磁気センサ素子に電源を供給する第２電流源と、
前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号と、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号とを加算又は減算し、信号を生成する信号生成回路と、
前記信号生成回路により生成された信号と、所定の電圧とを比較する比較器と、
前記比較器により比較された結果を保持するシフトレジスタと、
前記シフトレジスタにより保持された値に応じて、前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号の値と、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号の値とを制御する制御回路と
を備える回転角度センサ。

【請求項2】

前記信号生成回路は、
前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号を電流信号に変換し、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号を電流信号に変換する電圧電流変換部と、
前記第１磁気センサ素子の出力に基づく電流信号と、前記第２磁気センサ素子の出力に基づく電流信号とを加算又は減算する加減算部とを備える
請求項１に記載の回転角度センサ。

【請求項3】

前記制御回路は、前記シフトレジスタにより保持された値に応じて、前記電圧電流変換部が出力する電流値を制御するための係数を算出し、前記電圧電流変換部に出力する
請求項２に記載の回転角度センサ。

【請求項4】

前記制御回路は、前記シフトレジスタにより保持された値に応じて、前記第１電流源による出力電流及び前記第２電流源による出力電流を制御するための係数を算出し、それぞれ前記第１電流源及び前記第２電流源に出力することにより、前記第１磁気センサ素子及び前記第２磁気センサ素子から前記信号生成回路への出力を制御する
請求項１に記載の回転角度センサ。

【請求項5】

前記信号生成回路は、前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号、又は前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号のいずれかを、第１判定のために用いられる信号として生成し、前記第１判定のために用いられる信号を出力した後、
前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号と、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号とを加算又は減算し、第２判定のために用いられる信号として生成する
請求項１に記載の回転角度センサ。

【請求項6】

前記制御回路は、前記シフトレジスタにより保持された値に応じて、前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号の値を決定するための係数と前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号の値を決定するための係数とを算出し、
前記制御回路により算出される係数のビット数は、前記シフトレジスタのビット数より大きい
請求項１に記載の回転角度センサ。

【請求項7】

前記制御回路により算出される係数のビット数は、前記シフトレジスタのビット数より１ビット大きく、
前記制御回路は、前記シフトレジスタにより保持された値が特定の値である場合に当該１ビットを用いて係数を算出する
請求項６に記載の回転角度センサ。

【請求項8】

半導体基板に、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転角度センサが形成された
半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転角度センサ及び半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁石が作る磁界内に、２つの磁気センサを互いに直交する角度位置に配置し、２つの磁気センサから得られるホール起電力に基づき、磁石の回転角度を求める技術があった。このような技術を用いた装置として、例えば、特許文献１に例示するような回転角度センサが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１９１１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術による回転角度センサは、乗算を含む非線形なベクトル回転演算処理を行うベクトル回転演算回路と、複雑なディジタル演算処理を行う角度計算ディジタル回路とを備えていた。そのため、従来技術による回転角度センサによれば、回路規模が大きくなってしまい、省面積化が困難であるといった課題があった。

【0005】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、線形アナログ回路を用いた比較的簡易な構成を有する回転角度センサ及び半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る回転角度センサは、第１方向の磁束密度を検出する第１磁気センサ素子と、前記第１方向と交わる第２方向の磁束密度を検出する第２磁気センサ素子と、前記第１磁気センサ素子に電源を供給する第１電流源と、前記第２磁気センサ素子に電源を供給する第２電流源と、前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号と、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号とを加算又は減算し、信号を生成する信号生成回路と、前記信号生成回路により生成された信号と、所定の電圧とを比較する比較器と、前記比較器により比較された結果を保持するシフトレジスタと、前記シフトレジスタにより保持された値に応じて、前記第１磁気センサ素子の出力に応じた信号の値と、前記第２磁気センサ素子の出力に応じた信号の値とを制御する制御回路とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、線形アナログ回路を用いた比較的簡易な構成を有する回転角度センサ及び半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る半導体装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。

【図2】第１の実施形態に係る電圧電流変換部の回路構成の一例を示す回路図である。

【図3】第１の実施形態に係る加減算部の回路構成の一例を示す回路図である。

【図4】第１の実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す機能構成図である。

【図5】第１の実施形態に係る角度判定処理を説明するための図である。

【図6】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第１のフローチャートである。

【図7】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第２のフローチャートである。

【図8】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第３のフローチャートである。

【図9】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第４のフローチャートである。

【図10】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理のタイミングを示す第１のタイミングチャートである。

【図11】第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理のタイミングを示す第２のタイミングチャートである。

【図12】第１の実施形態に係る回転角度センサが用いる係数の一例を示す図である。

【図13】第１の実施形態に係るデコーダ回路の出力値の一例を示す図である。

【図14】第１の実施形態の変形例に係る電圧電流変換部の変形例を示す図である。

【図15】第２の実施形態に係る半導体装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。

【図16】第２の実施形態に係る電圧電流変換部の回路構成の一例を示す回路図である。

【図17】第２の実施形態に係る電流源の回路構成の変形例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施形態］
本発明の態様に係る回転角度センサ及び半導体装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。

【0010】

［第１の実施形態］
まず、図１から図１４を参照しながら、第１の実施形態について説明する。

【0011】

［機能構成］
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。同図を参照しながら、半導体装置１の機能構成の一例について説明する。半導体装置１は、半導体基板２に形成される。半導体装置１は、回転角度センサとしての機能を有する半導体装置に包含されている。半導体装置１は、第１磁気センサ素子１１と、第２磁気センサ素子１２と、第１電流源８１と、第２電流源８２と、電圧電流変換部２０と、加減算部３０と、比較器４０と、シフトレジスタ回路５０と、制御回路６０と、デコーダ回路７０とを備える。以下の説明において、電圧電流変換部２０と加減算部３０とを備える構成を、信号生成回路２６と記載する場合がある。また、同図を参照しながら行う説明において、磁束密度の方向等を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三次元直交座標系によって説明する場合がある。

【0012】

半導体装置１が測定する対象は、磁束密度Ｂである。半導体装置１は、検知軸が互いに直交する第１磁気センサ素子１１と、第２磁気センサ素子１２とを有することにより、二次元の磁束密度Ｂを測定する。具体的には、半導体装置１は、磁束密度Ｂの方向角θを求める。磁束密度Ｂの方向角θとは、基準方向ベクトル(０度)に対する角度である。第１磁気センサ素子１１と第２磁気センサ素子１２との検知軸は、互いに直交、又は略直交していることが好適である。しかしながら、本実施形態はこの一例に限定されない。半導体装置１は、更にベクトル演算を行うことにより、平行でない任意の角度に配置された第１磁気センサ素子１１、及び第２磁気センサ素子１２に基づき、磁束密度Ｂの方向角θを求めることができる。なお、略直交の範囲とは、磁気センサ素子が互いに直交又は略直交していないことに起因するベクトル演算を要しない範囲であってもよい。

【0013】

また、以下の説明において、半導体装置１は、Ｘ－Ｙ平面上における二次元の磁束密度Ｂを測定することを前提とする。しかしながら、本実施形態はこの一例に限定されず、半導体装置１は、Ｙ－Ｚ平面上又はＺ－Ｘ平面上における２次元の磁束密度Ｂを測定することも可能である。Ｙ－Ｚ平面上又はＺ－Ｘ平面上における２次元の磁束密度Ｂを測定する場合、異種構造のセンサを用いることが好適である。しかしながら異種構造のセンサを用いる場合、軸間の感度を揃え難いといった課題がある。Ｘ－Ｙ平面上における二次元の磁束密度Ｂを測定する場合、２つの磁気センサ素子は、いずれも例えば縦型ホール素子や磁気抵抗素子とすることが可能であり、すなわち同じ構造のセンサを用いることが可能である。したがって、半導体装置１は、Ｘ－Ｙ平面上における二次元の磁束密度Ｂを測定することが好適である。

【0014】

第１磁気センサ素子１１は、第１の方向（Ｘ方向）の磁束密度Ｂｘを検出する。磁束密度Ｂｘとは、磁束密度ＢのＸ方向成分であり、第１の方向の磁束密度ということもできる。第１電流源８１は、第１磁気センサ素子１１に電流を供給する。第１磁気センサ素子１１は、検出した磁束密度Ｂｘと、第１電流源８１から供給される電流の積に比例した信号である第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１を電圧電流変換部２０に出力する。第１磁気センサ素子１１及び第１電流源８１は、ＶＤＤ端子３とＶＳＳ端子４との間に配置される。

【0015】

第２磁気センサ素子１２は、第１の方向とは異なる方向である第２の方向（Ｙ方向）の磁束密度Ｂｙを検出する。磁束密度Ｂｙとは、磁束密度ＢのＹ方向成分であり、第２の方向の磁束密度ということもできる。第２電流源８２は、第２磁気センサ素子１２に電流を供給する。第２磁気センサ素子１２は、検出した磁束密度Ｂｙと、第２電流源８２から供給される電流の積に比例した信号である第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１を電圧電流変換部２０に出力する。第２磁気センサ素子１２及び第２電流源８２は、ＶＤＤ端子３とＶＳＳ端子４との間に配置される。

【0016】

ここで、第１の方向（Ｘ方向）及び第２の方向（Ｙ方向）は、互いに交わる方向であり、いずれも半導体基板２の表面と平行な方向である。互いに交わる方向とは、具体的には、直交又は略直交する方向であることが好適である。

【0017】

電圧電流変換部２０は、第１磁気センサ素子１１から第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１を取得し、第２磁気センサ素子１２から第２の方向の第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１を取得する。また、電圧電流変換部２０は、制御回路６０から第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂを取得する。ここで、第１磁気センサ素子１１の出力である第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１、及び第２磁気センサ素子１２の出力である第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１は、いずれも差動信号である。電圧電流変換部２０は、受け取った差動信号を、差動電流に変換するものである。第１の制御信号Ｓａとは、差動信号である第１の方向の磁束密度Ｂｘを差動電流に変換する際に用いられる係数ａを含む信号である。また、第２の制御信号Ｓｂとは、差動信号である第２の方向の磁束密度Ｂｙを差動電流に変換する際に用いられる係数ｂを含む信号である。電圧電流変換部２０は、第１磁気センサ素子１１の出力及び第１の制御信号Ｓａに応じた電流信号であるＩｘ２と、第２磁気センサ素子１２の出力及び第２の制御信号Ｓｂに応じた電流信号であるＩｙ２とを加減算部３０に出力する。

【0018】

加減算部３０は、電圧電流変換部２０から第１磁気センサ素子１１の出力に応じた電流信号であるＩｘ２と、第２磁気センサ素子１２の出力に応じた電流信号であるＩｙ２とを取得する。また、加減算部３０は、制御回路６０から極性切替制御信号Ｄｃｒｓを取得する。加減算部３０は、取得したＩｘ２とＩｙ２とに基づき、加算又は減算を行う。加算及び減算のいずれを行うかについての情報は、極性切替制御信号Ｄｃｒｓに含まれている。極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、例えば、加算又は減算のいずれかを示す１ビットのバイナリ信号であってもよい。加減算部３０は、加減算をした結果として生成された信号を加減算信号Ｖｓとして比較器４０に出力する。

【0019】

比較器４０は、加減算部３０から加減算信号Ｖｓを取得する。比較器４０は、加減算信号Ｖｓの電圧と、所定の電圧とを比較する。ここで、所定の電圧とは、単電源の場合は電源電圧の中間電圧であってもよいし、両電源の場合は０［Ｖ（ボルト）］であってもよい。すなわち、比較器４０は、加減算信号Ｖｓが中間値より大きいか否かを判定する。比較器４０は、比較した結果を、比較器出力信号Ｄｓとしてシフトレジスタ回路５０に出力する。比較器出力信号Ｄｓは、１ビットのバイナリ信号であってもよい。なお、以下の説明においては、一例として、ＶＤＤ＝５［Ｖ］の単電源を用い、所定の電圧が２．５［Ｖ］である場合について説明する。

【0020】

シフトレジスタ回路５０は、直列入力並列出力形（Ｓｅｒｉａｌ－Ｉｎ，Ｐａｒａｌｌｅｌ－Ｏｕｔ、ＳＩＰＯ）のシフトレジスタである。シフトレジスタ回路５０は、比較器４０による比較結果である比較器出力信号Ｄｓを保持する。シフトレジスタ回路５０のビット数は、半導体装置１が検出可能な角度の分解能に基づくものであってもよい。半導体装置１が検出可能な角度の分解能とは、例えば５ビット（２の５乗＝３２階調、１階調は３６０度／３２階調＝１１．２５度）であってもよい。シフトレジスタ回路５０は、基準クロック信号ＣＬＫに基づき動作する。基準クロック信号ＣＬＫが入力されると、シフトレジスタ回路５０が保持するデータは、１ビットシフトする。なお、基準クロック信号ＣＬＫは、シフトレジスタ回路５０に加え、制御回路６０及びデコーダ回路７０にも供給される。シフトレジスタ回路５０、制御回路６０、及びデコーダ回路７０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して動作する。シフトレジスタ回路５０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期したラッチ信号（不図示）に応じて、保持するデータをデコーダ回路７０に出力する。図示する一例では、５ビットのデータ５ｂがデコーダ回路７０に出力されている。また、シフトレジスタ回路５０は、基準クロック信号ＣＬＫに同期して、保持するデータをシフトレジスタ保持値Ｓｃとして制御回路６０に出力する。シフトレジスタ回路５０、制御回路６０、及びデコーダ回路７０の接続点をノードＮ１と図示する。

【0021】

制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０からシフトレジスタ保持値Ｓｃを取得する。制御回路６０は、取得したシフトレジスタ保持値Ｓｃに基づき、第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを決定し、出力する。ここで、第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、第１の方向の磁束密度Ｂｘ及び第２の方向の磁束密度Ｂｙに対し、好適な重み付け係数を与えるものである。ここで、本実施形態は、重み付けが行われた磁束密度を加減算処理することにより移相処理を行い、移相処理した角度ベクトル信号に対し逐次符号判定することにより、２分探索をして絶対角度情報を得ようとするものである。制御回路６０は、シフトレジスタ保持値Ｓｃに基づき、第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを決定する。第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、例えば、次の（１）式を満たすものであってもよい。

【0022】

Ａｃｏｓθ+Ｂｓｉｎθ=√（Ａ＋Ｂ）＾２×ｃｏｓ（θ+Φ)、Φ＝ａｒｃｔａｎ（Ｂ／Ａ）、係数Ａ＝√ｔａｎΦ／（√ｔａｎΦ+１／√ｔａｎΦ)、係数Ｂ＝（１／√ｔａｎΦ）／（√ｔａｎΦ+１／√ｔａｎΦ)、Ａ＋Ｂ＝１・・・（１）

【0023】

制御回路６０は、係数Ａ及びＢの組合せによって、絶対角θからの移相角Φを任意に設定する。すなわち、制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０により保持された値に応じて、第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号の値と、第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号の値とを制御するということもできる。具体的には、制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０により保持された値に応じて、電圧電流変換部２０が出力する電流値を制御するための係数を算出し、算出した係数を電圧電流変換部２０に出力する。電圧電流変換部２０は、制御回路６０から取得した係数に応じて電圧電流変換を行うことにより、第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号の値と、第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号の値とを出力する。

【0024】

デコーダ回路７０は、シフトレジスタ回路５０に保持された値を出力する。デコーダ回路７０は、磁束密度ベクトルのなす角に応じた信号を出力するということもできる。以下の説明において、デコーダ回路７０による出力信号を絶対角出力信号Ｄｏと記載する場合がある。絶対角出力信号Ｄｏは、アナログ信号であってもよいし、多ビットの２値符号信号であってもよい。デコーダ回路７０による出力端子を出力端子Ｔｏとして図示する。

【0025】

図２は、第１の実施形態に係る電圧電流変換部の回路構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、電圧電流変換部２０の詳細な回路構成の一例について説明する。電圧電流変換部２０は、第１差動対２１と、第２差動対２２とを備える。電圧電流変換部２０は、第１差動対２１を備えることにより第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号を電流信号に変換し、第２差動対２２を備えることにより第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号を電流信号に変換する。第１差動対２１及び第２差動対２２は、電圧信号を電流信号に変換するトランスコンダクタ段であるということができる。

【0026】

第１差動対２１は、トランジスタ２１１と、トランジスタ２１２と、電流源２１３とを備える。第１差動対２１は、端子２０１を介して磁束密度Ｂｘに比例した差動信号である第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１を取得し、取得した差動信号を差動電流であるＩｘ２に変換する。第１差動対２１は、端子２０５を介して第１の制御信号Ｓａを取得し、取得した第１の制御信号Ｓａに基づき、テール電流を変化させる。図示する一例では、第１の制御信号Ｓａに基づきテール電流がａＩｒｅｆに制御されている。第１差動対２１は、テール電流を制御することにより、電圧信号から電流信号への変換係数を制御する。変換された差動電流は、端子２０３を介して加減算部３０に出力される。

【0027】

第２差動対２２は、トランジスタ２２１と、トランジスタ２２２と、電流源２２３とを備える。第２差動対２２は、端子２０２を介して磁束密度Ｂｙに比例した差動信号である第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１を取得し、取得した差動信号を差動電流であるＩｙ２に変換する。第２差動対２２は、端子２０２を介して第２の制御信号Ｓｂを取得し、取得した第２の制御信号Ｓｂに基づき、テール電流を変化させる。図示する一例では、第２の制御信号Ｓｂに基づきテール電流がｂＩｒｅｆに制御されている。第２差動対２２は、テール電流を制御することにより、電圧信号から電流信号への変換係数を制御する。変換された差動電流は、端子２０４を介して加減算部３０に出力される。

【0028】

図３は、第１の実施形態に係る加減算部の回路構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、加減算部３０の詳細な回路構成の一例について説明する。加減算部３０は、帰還差動対３１と、電流-電圧変換器３２と、スイッチ回路３３と、抵抗９１と、抵抗９２とを備える。加減算部３０は、帰還差動対３１、電流-電圧変換器３２、スイッチ回路３３、抵抗９１、及び抵抗９２を備えることにより、第１磁気センサ素子１１の出力に基づく電流信号と、第２磁気センサ素子１２の出力に基づく電流信号とを、加算又は減算する。

【0029】

帰還差動対３１は、電流源３１１と、電流源３１２と、トランジスタ３１３と、トランジスタ３１４と、電流源３１５とを備える。帰還差動対３１は、帰還信号を受ける帰還差動対であるということができる。また、帰還差動対３１は、出力電圧Ｖｓを、抵抗９１及び抵抗９２により分圧した帰還電圧ＶＦＢを帰還電流信号に変換する帰還差動対トランスコンダクタ段であるということもできる。

【0030】

スイッチ回路３３は、端子３０１と帰還差動対３１との間、又は端子３０２と帰還差動対３１との間のいずれか一方に備えられる。スイッチ回路３３は、電圧Ｖｙ２又は電圧Ｖｘ２の極性を切り替える。加減算部３０は、スイッチ回路３３を備えることにより、加算又は減算を切り替えて実行する。加算又は減算のいずれを実行するかは、制御回路６０により出力される極性切替制御信号Ｄｃｒｓに基づく。図示する一例では、スイッチ回路３３は、端子３０２と帰還差動対３１との間に備えられている。すなわち、図示する一例においてスイッチ回路３３は、電圧Ｖｙ２の極性を切り替える。

【0031】

なお、図示する一例では、スイッチ回路３３が加減算部３０に備えられる場合の一例について説明した。しかしながら本実施形態はこの一例に限定されず、スイッチ回路３３は、電圧電流変換部２０に備えられていてもよい。この場合、スイッチ回路３３は、第１差動対２１と端子２０３との間、又は第２差動対２２と端子２０４との間のいずれか一方に備えられる。

【0032】

電流-電圧変換器３２は、トランジスタ３２１と、トランジスタ３２２と、トランジスタ３２３と、トランジスタ３２４とを備える。電流-電圧変換器３２は、Ｉｘ２及びＩｙ２の和と、帰還信号電流Ｉｆｂの差を受けるカレントミラー回路であるということもできる。電流-電圧変換器３２は、電流信号を電圧信号に変換し、出力する。電流-電圧変換器３２による出力信号は、加減算信号Ｖｓとして次段の比較器４０に入力される。

【0033】

抵抗９１、及び抵抗９２は、同相基準電圧ＶＣＭを基準として、出力電圧Ｖｓを分圧し、帰還信号ＶＦＢを生成する。抵抗９１、及び抵抗９２は、閉ループゲインを決定する。ゲインは、抵抗９１及び抵抗９２の抵抗値と、電流源２１３及び電流源２２３と、電流源３１５との比により決定される。

【0034】

ここで、抵抗９１及び抵抗９２の抵抗値は、少なくとも一方が可変抵抗であってもよい。いずれかの抵抗の抵抗値を制御することにより、分圧比の調整が行われてもよい。しかしながら本実施形態はこの一例に限定されず、分圧比の調整が行われなくてもよい。例えば、入力磁束密度が既知かつ一定である場合、抵抗９１及び抵抗９２の抵抗値は、固定値であってもよい。

【0035】

図４は、第１の実施形態に係る制御回路の機能構成の一例を示す機能構成図である。同図を参照しながら、制御回路６０の詳細な機能構成の一例について説明する。制御回路６０は、カウンタ回路６１と、制御信号デコーダ回路６２とを備える。

【0036】

カウンタ回路６１は、基準クロック信号ＣＬＫに応じたカウント動作を行う。カウンタ回路６１は、カウント動作を行った結果をカウント信号Ｓｄとして制御信号デコーダ回路６２に出力する。カウンタ回路６１は、例えば半導体装置１が５ビットの分解能で回転角度を算出する場合、５ビット分のクロック（例えば５クロック）がカウントされた時点においてカウント信号Ｓｄを出力してもよい。カウント信号Ｓｄは、例えばデコーダ回路７０に出力される。デコーダ回路７０は、カウント信号Ｓｄに基づきラッチ処理を行ってもよい。

【0037】

制御信号デコーダ回路６２は、カウンタ回路６１から得られたカウント信号Ｓｄと、シフトレジスタ保持値Ｓｃとに応じて、第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓの値を算出し、算出した値を出力する。制御信号デコーダ回路６２は、シフトレジスタ保持値Ｓｃに基づき、第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓの値を制御することにより、これまで絞り込んだ角度に応じた係数に制御する。

【0038】

なお、上述した一例において、極性切替制御信号Ｄｃｒｓは１ビットのバイナリ信号であると説明した。しかしながら極性切替制御信号Ｄｃｒｓは１ビットのバイナリ信号である場合の一例に限定されず、図示するような６ビットの信号であってもよい。極性切替制御信号Ｄｃｒｓが２ビット以上の情報を持つ場合とは、例えば、Ｘ軸信号及びＹ軸信号に重み付けをして加算又は減算する場合である。この場合、極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、各重み付け係数回路部分に対して正負符号の制御をかけるための情報を保持する。Ｘ軸信号及びＹ軸信号に重み付けをして加算又は減算する処理については、後述する。

【0039】

［角度判定処理動作］
図５は、第１の実施形態に係る角度判定処理を説明するための図である。同図を参照しながら、検出対象となる磁場の角度ベクトルが６２度である場合、角度情報がどのように逐次的に絞り込まれていくかについて説明する。図示する一例では、分解能が５ビット（すなわち、１１．２５度）である場合について説明する。

【0040】

半導体装置１は、まず、磁場の角度ベクトルが第１象限乃至第４象限のいずれであるかを判定する。以下の説明において、このような判定を象限判定、又は第１判定と記載する場合がある。磁場の角度ベクトルが第１象限乃至第４象限のいずれであるか判定された後、半導体装置１は、象限内における詳細な角度について逐次的に判定していく。以下の説明において、このような判定を象限内判定、又は第２判定と記載する場合がある。

【0041】

検出対象となる磁場の角度ベクトルが６２度である場合、まずは象限判定により第１象限であることが判定される。象限判定のためには、具体的には２回の判定が行われる。例えば、第１回目の判定により、第１象限及び第４象限、又は第２象限及び第３象限のいずれに存在するかが絞り込まれる。また、第２回目の判定により、第１象限乃至第４象限のいずれに存在するかが絞り込まれる。

【0042】

なお、象限判定において制御回路６０から出力される第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、検出結果いかんを問わず同様であってもよいが、象限内判定において制御回路６０から出力される第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、それ以前の判定結果、すなわちシフトレジスタ回路５０に保持された値に応じて決定される。

【0043】

次に、第１象限内における象限内判定が行われる。具体的には、検出対象となる磁場の角度ベクトルが４５度より大きいか小さいかが判定される。６２度は４５度より大きいため、９０度から４５度の間であることが判定される。次に、検出対象となる磁場の角度ベクトルが６７．５度より大きいか小さいかが判定される。６２度は６７．５度より小さいため、６７．５度から４５度の間であることが判定される。次に、検出対象となる磁場の角度ベクトルが５６．２５度より大きいか小さいかが判定される。６２度は５６．２５度より大きいため、６７．５度から５６．２５度の間であることが判定される。このように、半導体装置１は、逐次的に加減算信号Ｖｓが中間値より大きいか小さいかの比較を繰り返すことにより、角度ベクトルの範囲を絞り込んでいく。図示する一例では、分解能が５ビットであり、２ビットを象限判定に用い、３ビットを象限内判定に用いている。

【0044】

次に、図６から図９を参照しながら、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例について説明する。まず、図６を参照しながら象限判定の具体的な一例について説明する。次に、図６から図９を参照しながら、各象限における象限内判定の具体的な一例について説明する。

【0045】

図６は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第１のフローチャートである。同図を参照しながら、象限判定の具体的な一例について説明する。

【0046】

（ステップＳ１０１）まず、半導体装置１は、第１磁気センサ素子１１から出力されたＸ方向の磁束密度Ｂｘに応じた電圧Ｖｘ＝Ｃｏｓθが、正であるか負であるかを判定する。具体的には、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが電圧Ｖｘ＝Ｃｏｓθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、Ｖｘ＝Ｃｏｓθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、第１象限又は第４象限であると判定し、処理をステップＳ１０２に進める（ステップＳ１０１；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、Ｖｘ＝Ｃｏｓθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、第２象限又は第３象限であると判定し、処理をステップＳ１０３に進める（ステップＳ１０１；ＦＡＬＳＥ）。

【0047】

（ステップＳ１０２）次に、半導体装置１は、第２磁気センサ素子１２から出力されたＹ方向の磁束密度Ｂｙに応じた電圧Ｖｙ＝Ｓｉｎθが、正であるか負であるかを判定する。具体的には、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが電圧Ｖｙ＝Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、Ｖｙ＝Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、第１象限であると判定し、処理をステップＳ１１１に進める（ステップＳ１０２；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、Ｖｙ＝Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、第４象限であると判定し、処理を図９におけるステップＳ１４１に進める（ステップＳ１０２；ＦＡＬＳＥ）。

【0048】

（ステップＳ１０３）同様に、半導体装置１は、第２磁気センサ素子１２から出力されたＹ方向の磁束密度Ｂｙに応じた電圧Ｖｙ＝Ｓｉｎθが、正であるか負であるかを判定する。具体的には、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが電圧Ｖｙ＝Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、Ｖｙ＝Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、第２象限であると判定し、処理を図７におけるステップＳ１２１に進める（ステップＳ１０３；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、Ｖｙ＝Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、第３象限であると判定し、処理を図８におけるステップＳ１３１に進める（ステップＳ１０３；ＦＡＬＳＥ）。

【0049】

次に、象限内判定の具体的な一例について説明する。引き続き、図６を参照しながら、検出対象となる磁場の角度ベクトルが第１象限内に存在する場合における判定処理の一連の動作について説明する。

【0050】

（ステップＳ１１１）当該ステップは、全体として第３回目の判定であり、象限内判定における第１回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＜４５度であると判定し、処理をステップＳ１１３に進める（ステップＳ１１１；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＞４５度であると判定し、処理をステップＳ１１２に進める（ステップＳ１１１；ＦＡＬＳＥ）。

【0051】

（ステップＳ１１２）当該ステップ及びステップＳ１１３は、全体として第４回目の判定であり、象限内判定における第２回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＜６７．５度であると判定し、処理をステップＳ１１５に進める（ステップＳ１１２；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＞６７．５度であると判定し、処理をステップＳ１１４に進める（ステップＳ１１２；ＦＡＬＳＥ）。

【0052】

（ステップＳ１１３）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＜２２．５度であると判定し、処理をステップＳ１１７に進める（ステップＳ１１３；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＞２２．５度であると判定し、処理をステップＳ１１６に進める（ステップＳ１１３；ＦＡＬＳＥ）。

【0053】

（ステップＳ１１４）当該ステップ及びステップＳ１１５乃至ステップＳ１１７は、全体として第５回目の判定であり、象限内判定における第３回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、６７．５度＜θ＜７８．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１４；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、７８．７５度＜θ＜９０度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１４；ＦＡＬＳＥ）。

【0054】

（ステップＳ１１５）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、４５度＜θ＜５６．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１５；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、５６．２５度＜θ＜６７．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１５；ＦＡＬＳＥ）。

【0055】

（ステップＳ１１６）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２２．５度＜θ＜３３．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１６；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、３３．７５度＜θ＜４５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１６；ＦＡＬＳＥ）。

【0056】

（ステップＳ１１７）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、０度＜θ＜１１．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１７；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、１１．２５度＜θ＜２２．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１１７；ＦＡＬＳＥ）。

【0057】

なお、図６には、具体的なフローの一例として、磁束密度Ｂの方向角θが６２度（すなわち、５６．２５度＜θ＜６７．５度）である場合におけるフローを、分岐先に円を付すことにより示している。

【0058】

図７は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第２のフローチャートである。同図を参照しながら、検出対象となる磁場の角度ベクトルが第２象限内に存在する場合における判定処理の一連の動作について説明する。図示する一例において、象限判定（ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３）については、図６を参照しながら既に説明したため、説明を省略する。

【0059】

（ステップＳ１２１）当該ステップは、全体として第３回目の判定であり、象限内判定における第１回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＜１３５度であると判定し、処理をステップＳ１２２に進める（ステップＳ１２１；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＞１３５度であると判定し、処理をステップＳ１２３に進める（ステップＳ１２１；ＦＡＬＳＥ）。

【0060】

（ステップＳ１２２）当該ステップ及びステップＳ１２３は、全体として第４回目の判定であり、象限内判定における第２回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞１１２．５度であると判定し、処理をステップＳ１２４に進める（ステップＳ１２２；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜１１２．５度であると判定し、処理をステップＳ１２５に進める（ステップＳ１２２；ＦＡＬＳＥ）。

【0061】

（ステップＳ１２３）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＜１５７．５度であると判定し、処理をステップＳ１２６に進める（ステップＳ１２３；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＞１５７．５度であると判定し、処理をステップＳ１２７に進める（ステップＳ１２３；ＦＡＬＳＥ）。

【0062】

（ステップＳ１２４）当該ステップ及びステップＳ１２５乃至ステップＳ１２７は、全体として第５回目の判定であり、象限内判定における第３回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、１２３．７５度＜θ＜１３５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２４；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、１１２．５度＜θ＜１２３．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２４；ＦＡＬＳＥ）。

【0063】

（ステップＳ１２５）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、１０１．２５度＜θ＜１１２．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２５；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、９０度＜θ＜１０１．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２５；ＦＡＬＳＥ）。

【0064】

（ステップＳ１２６）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、１６８．７５度＜θ＜１８０度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２６；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、１５７．５度＜θ＜１６８．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２６；ＦＡＬＳＥ）。

【0065】

（ステップＳ１２７）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、１４６．２５度＜θ＜１５７．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２７；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、１３５度＜θ＜１４６．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１２７；ＦＡＬＳＥ）。

【0066】

なお、図７には、具体的なフローの一例として、磁束密度Ｂの方向角θが１１７度（すなわち、１１２．５度＜θ＜１２３．７５度）である場合におけるフローを、分岐先に円を付すことにより示している。

【0067】

図８は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第３のフローチャートである。同図を参照しながら、検出対象となる磁場の角度ベクトルが第３象限内に存在する場合における判定処理の一連の動作について説明する。図示する一例において、象限判定（ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３）については、図６を参照しながら既に説明したため、説明を省略する。

【0068】

（ステップＳ１３１）当該ステップは、全体として第３回目の判定であり、象限内判定における第１回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞２２５度であると判定し、処理をステップＳ１３３に進める（ステップＳ１３１；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ－０．５Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜２２５度であると判定し、処理をステップＳ１３２に進める（ステップＳ１３１；ＦＡＬＳＥ）。

【0069】

（ステップＳ１３２）当該ステップ及びステップＳ１３３は、全体として第４回目の判定であり、象限内判定における第２回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞２０２．５度であると判定し、処理をステップＳ１３４に進める（ステップＳ１３２；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ－０．７０７Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜２０２．５度であると判定し、処理をステップＳ１３５に進める（ステップＳ１３２；ＦＡＬＳＥ）。

【0070】

（ステップＳ１３３）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞２４７．５度であると判定し、処理をステップＳ１３７に進める（ステップＳ１３３；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ－０．２９３Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜２４７．５度であると判定し、処理をステップＳ１３６に進める（ステップＳ１３３；ＦＡＬＳＥ）。

【0071】

（ステップＳ１３４）当該ステップ及びステップＳ１３５乃至ステップＳ１３７は、全体として第５回目の判定であり、象限内判定における第３回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２１３．７５度＜θ＜２２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３４；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ－０．５９８Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、２０２．５度＜θ＜２１３．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３４；ＦＡＬＳＥ）。

【0072】

（ステップＳ１３５）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、１９１．２５度＜θ＜２０２．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３５；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ－０．８３４Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、１８０度＜θ＜１９１．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３５；ＦＡＬＳＥ）。

【0073】

（ステップＳ１３６）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２４７．５度＜θ＜２５８．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３６；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ－０．１６６Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、２５８．７５度＜θ＜２７０度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３６；ＦＡＬＳＥ）。

【0074】

（ステップＳ１３７）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２２５度＜θ＜２３６．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３７；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ－０．４０２Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、２３６．２５度＜θ＜２４７．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１３７；ＦＡＬＳＥ）。

【0075】

なお、図８には、具体的なフローの一例として、磁束密度Ｂの方向角θが１９２度（すなわち、１９１．２５度＜θ＜２０２．５度）である場合におけるフローを、分岐先に円を付すことにより示している。

【0076】

図９は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理の一例を示す第４のフローチャートである。同図を参照しながら、検出対象となる磁場の角度ベクトルが第４象限内に存在する場合における判定処理の一連の動作について説明する。図示する一例において、象限判定（ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３）については、図６を参照しながら既に説明したため、説明を省略する。

【0077】

（ステップＳ１４１）当該ステップは、全体として第３回目の判定であり、象限内判定における第１回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞３１５度であると判定し、処理をステップＳ１４２に進める（ステップＳ１４１；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５Ｃｏｓθ＋０．５Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜３１５度であると判定し、処理をステップＳ１４３に進める（ステップＳ１４１；ＦＡＬＳＥ）。

【0078】

（ステップＳ１４２）当該ステップ及びステップＳ１４３は、全体として第４回目の判定であり、象限内判定における第２回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞３３７．５度であると判定し、処理をステップＳ１４４に進める（ステップＳ１４２；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．２９３Ｃｏｓθ＋０．７０７Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜３３７．５度であると判定し、処理をステップＳ１４５に進める（ステップＳ１４２；ＦＡＬＳＥ）。

【0079】

（ステップＳ１４３）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、θ＞２９２．５度であると判定し、処理をステップＳ１４６に進める（ステップＳ１４３；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．７０７Ｃｏｓθ＋０．２９３Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、θ＜２９２．５度であると判定し、処理をステップＳ１４７に進める（ステップＳ１４３；ＦＡＬＳＥ）。

【0080】

（ステップＳ１４４）当該ステップ及びステップＳ１４５乃至ステップＳ１４７は、全体として第５回目の判定であり、象限内判定における第３回目の判定である。まず、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、３４８．７５度＜θ＜３６０度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４４；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．１６６Ｃｏｓθ＋０．８３４Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、３３７．５度＜θ＜３４８．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４４；ＦＡＬＳＥ）。

【0081】

（ステップＳ１４５）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、３２６．２５度＜θ＜３３７．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４５；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．４０２Ｃｏｓθ＋０．５９８Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、３１５度＜θ＜３２６．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４５；ＦＡＬＳＥ）。

【0082】

（ステップＳ１４６）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２９２．５度＜θ＜３０３．７５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４６；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．５９８Ｃｏｓθ＋０．４０２Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、３０３．７５度＜θ＜３１５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４６；ＦＡＬＳＥ）。

【0083】

（ステップＳ１４７）次に、制御回路６０は、加減算部３０により出力される出力電圧Ｖｓが０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθとなるよう第１の制御信号Ｓａ、第２の制御信号Ｓｂ、及び極性切替制御信号Ｄｃｒｓを制御し、比較器４０による判定を行う。半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθ＞０の場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｈ”である場合、２８１．２５度＜θ＜２９２．５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４７；ＴＲＵＥ）。また、半導体装置１は、０．８３４Ｃｏｓθ＋０．１６６Ｓｉｎθ＞０でない場合、すなわち比較器４０による比較器出力信号Ｄｓが“Ｌ”である場合、２７０度＜θ＜２８１．２５度であると判定し、処理を終了する（ステップＳ１４７；ＦＡＬＳＥ）。

【0084】

なお、図９には、具体的なフローの一例として、磁束密度Ｂの方向角θが３３１度（すなわち、３２６．２５度＜θ＜３３７．５度）である場合におけるフローを、分岐先に円を付すことにより示している。

【0085】

次に、図１０及び図１１を参照しながら、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理のタイミングについて説明する。図１０は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理のタイミングを示す第１のタイミングチャートである。図１１は、第１の実施形態に係る回転角度センサによる判定処理のタイミングを示す第２のタイミングチャートである。図１０及び図１１には、磁束密度Ｂの方向角θに応じた値であって、第１磁気センサ素子１１の出力である第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１、第２磁気センサ素子１２の出力である第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１、加減算部３０の出力である加減算信号Ｖｓ、基準クロック信号ＣＬＫ、比較器４０の出力である比較器出力信号Ｄｓ、デコーダ回路７０の出力である絶対角出力信号Ｄｏ、第１の制御信号Ｓａに含まれる係数ａの値、第２の制御信号Ｓｂに含まれる係数ｂの値、及び制御回路６０により制御される極性切替制御信号Ｄｃｒｓについて、時間ごとの変化がそれぞれ示されている。

【0086】

図１０及び図１１には、図６乃至図９を参照しながら具体的な磁束密度Ｂの方向角θの角度の一例として示した６２度、３３１度、１９２度、１１７度である場合の一例が示されている。より具体的には、時刻ｔ１０から時刻ｔ１５にかけて、磁束密度Ｂの方向角θの角度が６２度である場合についての象限判定及び象限内判定が示され、時刻ｔ１５から時刻ｔ２５にかけて、磁束密度Ｂの方向角θの角度が３３１度である場合についての象限判定及び象限内判定が示され、時刻ｔ２５から時刻ｔ３５にかけて、磁束密度Ｂの方向角θの角度が１９２度である場合についての象限判定及び象限内判定が示され、時刻ｔ３５から時刻ｔ４２にかけて、磁束密度Ｂの方向角θの角度が１１７度である場合についての象限判定が示されている。

【0087】

図示するように、第１磁気センサ素子１１の出力であるＶｘ１、第２磁気センサ素子１２の出力であるＶｙ１は、磁束密度Ｂの方向角θに応じて変化する。また、制御回路６０により第１の制御信号Ｓａに含まれる係数ａと、第２の制御信号Ｓｂに含まれる係数ｂと、極性切替制御信号Ｄｃｒｓが制御された結果として、加減算部３０の出力である加減算信号Ｖｓが変化している。

【0088】

ここで、象限判定の期間、第１の制御信号Ｓａに含まれる係数ａ、及び第２の制御信号Ｓｂに含まれる係数ｂは、１又は０となる。すなわち、象限判定では、第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号、又は第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号のいずれかが加減算部３０に出力されることとなる。すなわち信号生成回路２６は、第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号、又は第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号のいずれかを、象限判定のために用いられる信号として生成するということができる。また、象限内判定においては、第１の制御信号Ｓａに含まれる係数ａ、及び第２の制御信号Ｓｂに含まれる係数ｂに応じた値を用いた加減算が行われる。すなわち信号生成回路２６は、象限内判定に用いられる信号を出力した後、第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号と、第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号とを加算又は減算し、象限内判定のために用いられる信号として生成するということができる。

【0089】

極性切替制御信号Ｄｃｒｓは、象限判定の区間“Ｌ”に固定される。象限内判定においては、それまでの判定結果（具体的には、象限判定の結果）に応じて、適宜設定される。Ｃｏｓθ及びＳｉｎθが互いに同じ符号となる第１象限及び第３象限は、極性切替制御信号Ｄｃｒｓ＝１となる。また、Ｃｏｓθ及びＳｉｎθが互いに異なる符号となる第２象限及び第４象限は、極性切替制御信号Ｄｃｒｓ＝０となる。

【0090】

加減算信号Ｖｓの変化に応じて、比較器出力信号Ｄｓが切り替えられる。具体的には、加減算信号Ｖｓが中間値より大きい場合には比較器出力信号Ｄｓは“Ｈ”となり、加減算信号Ｖｓが中間値より小さい場合には比較器出力信号Ｄｓは“Ｌ”となる。比較器出力信号Ｄｓが、すなわち象限判定及び象限内判定における判定結果となる。

【0091】

また、図示するように、逐次的に判定が行われた結果、段々と絶対角度が特定されていくことが分かる。シフトレジスタ回路５０は、逐次的に行われる結果を保持し、最終クロック（図示する一例は５ビットの一例であるため５クロック目）と同期して保持した値を出力する。

【0092】

図１２は、第１の実施形態に係る回転角度センサが用いる係数の一例を示す図である。同図を参照しながら、第１の実施形態に係る回転角度センサが用いる係数の一例について説明する。同図には、５ビットの分解能で角度判定をしようとする場合における角度ごとに、係数ａの値及び係数ｂの値を示している。

【0093】

係数ａの値及び係数ｂの値は、ａｃｒｔａｎ（ｂ’／ａ’）＝θｔｈ、ａ’＾２＋ｂ’＾２＝１となるように決定されている。なお、係数１をコード１、係数０をコード０とし、１コードあたり１／３１＝０．０３２２６とする。

【0094】

本実施形態においては、半導体装置１が回転角度を検出する分解能を示すビット数より１ビット多いビット数により量子化を行うことが好適である。例えば分解能が５ビットである場合、５＋１＝６ビットにより量子化を行うことが好適である。これは、分解能と同様のビット数により量子化を行う場合、係数０．５を表すことが容易でないためである。例えば係数０．５を５ビットにより表現する場合、一方を１／２とし、他方を１／４＋１／８＋１／１６＋１／３２とする。すなわち、他方の合計を０．５とすることができない。そこで更に１／３２を表現する冗長ビットを用意することにより、他方の合計を０．５とすることができ、係数０．５を表すことが可能となる。ＮビットにＬＳＢと同じ重み付けの冗長ビットを１ビット追加したものをＮ．１ビットと呼称するならば、図示するように、本実施形態では、冗長ビットを含む５．１ビットとすることにより、４５度、１３５度、２２５度及び３１５度のような係数０．５が必要な場合であっても、係数量子化閾値誤差が生じていない。

【0095】

半導体装置１が回転角度を検出する分解能とはすなわちシフトレジスタ回路５０のビット数である。したがって、制御回路６０により算出される係数のビット数は、シフトレジスタ回路５０のビット数より大きいということができる。さらに、制御回路６０により算出される係数のビット数は、シフトレジスタ回路５０のビット数より１ビット大きいことが好適であるということもできる。制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０により保持された値が特定の値である場合（例えば、４５度、１３５度、２２５度及び３１５度のような係数０．５を必要とする角度の場合）、当該１ビットを用いて係数を算出することにより、量子化閾値誤差を小さくする。なお、冗長ビットは、４５度、１３５度、２２５度及び３１５度のような係数０．５を必要とする角度の場合以外は、無効化されていてもよい。

【0096】

図示するように、量子化された係数ａ’及びｂ’と、理論値との差異は僅かであり、計算上閾値角度誤差は±１．５度以内となる。この閾値角度誤差は、分解能に対して約１３［％］であり、アプリケーションによっては実用上問題ないと考えられる。また、カレントミラーで構成されるＤＡＣ比精度は、一般には閾値角度誤差である約１３［％］よりも良好であり、角度精度の律速要因（ボトルネック）とはならない。

【0097】

図１３は、第１の実施形態に係るデコーダ回路の出力値の一例を示す図である。同図を参照しながら、デコーダ回路７０により出力される絶対角出力信号Ｄｏの一例について説明する。図１３（Ａ）は、デコーダ回路７０により出力される絶対角出力信号Ｄｏが多ビットの２値符号信号である場合の一例である。この場合、デコーダ回路７０は、シフトレジスタ回路５０により保持された５ビットの２値符号信号を出力するラッチ回路であってもよい。また、図１３（Ｂ）は、デコーダ回路７０により出力される絶対角出力信号Ｄｏがアナログ電圧出力である場合の一例である。この場合、デコーダ回路７０は、上述したラッチ回路の後段に、ＤＡＣ回路（デジタルアナログコンバータ回路）を備えていてもよい。

【0098】

［第１の実施形態の変形例］
図１４は、第１の実施形態の変形例に係る電圧電流変換部の変形例を示す図である。同図を参照しながら、第１の実施形態の変形例に係る電圧電流変換部２０Ａの機能構成について説明する。第１の実施形態の変形例に係る半導体装置１Ａは、電圧電流変換部２０に代えて電圧電流変換部２０Ａを備える。電圧電流変換部２０Ａは、切替回路２３と、差動対回路２４と、スイッチ回路２５とを備える。第１の実施形態の変形例において、制御回路６０は、電圧電流変換部２０に出力する第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂを、冗長ビットを含む６ビットの制御信号により制御する。第１の実施形態の変形例においては、冗長ビットを含む６ビットの制御信号である第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂを用いて、差動対に対する入力信号を排他的に切り替えることにより、Ｘ軸信号及びＹ軸信号のトランスコンダクタを排他共有する。

【0099】

切替回路２３は、第１磁気センサ素子１１の出力であり差動信号であるＶｘ１、第２磁気センサ素子１２の出力であり差動信号であるＶｙ１、又はＶｓｓのうちいずれかを排他的に差動対回路２４に供給するよう切り替える。切替回路２３は、６ビットの制御信号である第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂに基づいて切り替える。Ｖｓｓが選択される場合とは、例えば４５度、１３５度、２２５度及び３１５度のような係数０．５を必要とする角度以外の場合に、冗長ビットを無効化するような場合である。

【0100】

差動対回路２４は、トランジスタ２４１Ａと、トランジスタ２４１Ｂと、電流源２４１Ｃとを備えることにより第１の差動対を構成し、トランジスタ２４２Ａと、トランジスタ２４２Ｂと、電流源２４２Ｃとを備えることにより第２の差動対を構成し、トランジスタ２４３Ａと、トランジスタ２４３Ｂと、電流源２４３Ｃとを備えることにより第３の差動対を構成し、トランジスタ２４４Ａと、トランジスタ２４４Ｂと、電流源２４４Ｃとを備えることにより第４の差動対を構成し、トランジスタ２４５Ａと、トランジスタ２４５Ｂと、電流源２４５Ｃとを備えることにより第５の差動対を構成し、トランジスタ２４６Ａと、トランジスタ２４６Ｂと、電流源２４６Ｃとを備えることにより第６の差動対を構成する。

【0101】

第１の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／２であり、テール電流はＩｒｅｆ／２である。第２の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／４であり、テール電流はＩｒｅｆ／４である。第３の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／８であり、テール電流はＩｒｅｆ／８である。第４の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／１６であり、テール電流はＩｒｅｆ／１６である。第５の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／３２であり、テール電流はＩｒｅｆ／３２である。第６の差動対のトランスコンダクタンス係数はＫ／３２であり、テール電流はＩｒｅｆ／３２である。

【0102】

ここで、第１の差動対乃至第６の差動対（各差動対を区別しない場合は、単にビット差動対とも記載する）は、４５度、１３５度、２１５度、及び３１５度を判定する際(すなわち係数ａ＝ｂ＝０．５)、全ビットが有効となる。その他の角度を判定する際(すなわち係数ａ≠ｂ)、Ｉｒｅｆ／３２の２つ目（すなわち第６の差動対）が無効化され、その他ビット差動対が、Ｘ軸及びＹ軸で排他的に選択される。Ｉｒｅｆ／３２の２つ目（すなわち第６の差動対）は、全ビット選択時にしか使用されない冗長ビットを表現するための差動対であるということもできる。図示する一例では、Ｘ軸にＩｒｅｆ／２、及びＩｒｅｆ／８が選択され、Ｙ軸にＩｒｅｆ／４、Ｉｒｅｆ／１６、Ｉｒｅｆ／３２が選択されている。

【0103】

なお、図示する一例では５ビットの分解能（すなわち、１１．２５度）の場合が示されている。他の一例として、８ビットの分解能（すなわち、１．４１度）の回転角度センサを構成しようとする場合、更に３個の差動対を追加し、Ｉｒｅｆ／２乃至Ｉｒｅｆ／２５６＋冗長ビットＩｒｅｆ／２５６の構成とすることが好適となる。この場合、ＬＳＢ（least significant bit）はＭＳＢ（Most significant bit）に対し０．７８％となるので、電流比精度で律速される領域となる。

【0104】

スイッチ回路２５は、制御回路６０により制御される６ビットの極性切替制御信号Ｄｃｒｓにより、差動対回路２４からの出力信号の極性を切り替える。スイッチ回路２５は、極性を切り替えた結果得られるＶｓｕｍを加減算部３０に出力する。なお、電圧電流変換部２０Ａがスイッチ回路２５を備える場合は既に制御回路６０により極性が設定されているため、加減算部３０は、図３を参照しながら説明したスイッチ回路３３を備えることを要しない。

【0105】

［実施形態１のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、回転角度センサは、第１磁気センサ素子１１を備えることにより第１方向の磁束密度を検出し、第２磁気センサ素子１２を備えることにより第１方向と交わる第２方向の磁束密度を検出し、第１電流源８１を備えることにより第１磁気センサ素子１１に電流を供給し、第２電流源８２を備えることにより第２磁気センサ素子１２に電流を供給し、信号生成回路２６を備えることにより第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号と第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号とを加算又は減算することにより信号を生成し、比較器４０を備えることにより信号生成回路２６により生成された信号と所定の電圧とを比較し、シフトレジスタ回路５０を備えることにより比較器４０により比較された結果を保持し、制御回路６０を備えることによりシフトレジスタ回路５０により保持された値に応じて第１磁気センサ素子１１の出力に応じた信号の値と第２磁気センサ素子１２の出力に応じた信号の値とを制御する。回転角度センサは、このような構成を採用することにより、第１方向の第１磁気センサ素子１１の出力電圧及び第２方向の磁気センサ素子の出力電圧を、適切な重み付け係数の組み合わせで加減算処理することにより、移相処理した角度ベクトル信号に対し逐次符号判定を行う。すなわち本実施形態に係る回転角度センサは、逐次的に２分探索を繰り返すことにより絶対角度情報を得る。回転角度センサは、このような構成を採用することにより、逐次比較型Ａ／Ｄ変換器として動作し、純粋に各軸センサ出力信号の振幅情報をディジタルコードに変換する所謂Ａ／Ｄ変換器や、後段のディジタル逆正接(ａｒｃｔａｎ)演算処理回路が不要となる。したがって、回転角度センサは、非線形のベクトル演算処理を実行する代わりに、比較的簡易な線形アナログ回路により構成されることができる。よって、本実施形態によれば、回路規模を小さくすることができ、省面積化を達成することができる。

【0106】

また、本実施形態によれば、図１４を参照しながら説明したように、重み付け用の電流ＤＡＣ（すなわち電圧電流変換部２０Ａ）の構成を分解能を表すＮビット＋冗長ビットとして最下位ビットを更に有する構成にすることが好適である。例えば、５ビットの場合、冗長１ＬＳＢを用いることによって、２軸分に必要な係数をＩｒｅｆ／２＋Ｉｒｅｆ／４＋Ｉｒｅｆ／８＋Ｉｒｅｆ／１６＋Ｉｒｅｆ／３２×２で網羅することができるようになる。したがって、本実施形態によれば、冗長ビットを用いることによって、少ない電流源で必要な重み付け係数の近似値を得ることができる。

【0107】

なお、本実施形態に係る回転角度センサは、最大で６から７ビット程度までの低分解能仕様に好適である。分解能が６乃至７ビット以下であれば、電流ＤＡＣ（電圧電流変換部２０Ａ）の回路規模が小規模であり、ＤＡＣ比精度を確保することも容易である。したがって、分解能が６乃至７ビット以下であれば、比較的簡易な線形アナログ回路により構成されることができるという本実施形態による効果を更に得ることができるためである。

【0108】

［第２の実施形態］
次に、図１５から図１７を参照しながら、第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂについて説明する。第２の実施形態においては、電圧電流変換部２０に対して第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂを出力することに代えて、第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２に電流を供給する電流源に対して第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂを出力する点において、第１の実施形態とは異なる。

【0109】

図１５は、第２の実施形態に係る半導体装置の機能構成の一例を示す機能構成図である。同図を参照しながら、半導体装置１Ｂの機能構成の一例について説明する。半導体装置１Ｂは、電圧電流変換部２０に代えて電圧電流変換部２０Ｂを備え、第１電流源８１に代えて第１電流源８３を備え、第２電流源８２に代えて第２電流源８４を備える点において、第１の実施形態とは異なる。電圧電流変換部２０Ｂと加減算部３０とを備える構成を、信号生成回路２６Ｂと記載する場合がある。半導体装置１Ｂの説明において、半導体装置１と同様の構成については同様の符号を付すことにより説明を省略する場合がある。

【0110】

第１電流源８３は、制御回路６０から第１の制御信号Ｓａを取得する。第１電流源８３は、取得した第１の制御信号Ｓａに応じた電流を第１磁気センサ素子１１に供給する。第１磁気センサ素子１１は、供給された電流と、第１の方向の磁束密度Ｂｘに応じた電圧を、第１の磁気センサ素子出力信号Ｖｘ１として出力する。

【0111】

第２電流源８４は、制御回路６０から第２の制御信号Ｓｂを取得する。第２電流源８４は、取得した第２の制御信号Ｓｂに応じた電流を第２磁気センサ素子１２に供給する。第２磁気センサ素子１２は、供給された電流と、第２の方向の磁束密度Ｂｙに応じた電圧を、第２の磁気センサ素子出力信号Ｖｙ１として出力する。なお、第１電流源８３及び第２電流源８４は、互いに同様の構成を有していてもよい。

【0112】

第２の実施形態において、制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０により保持された値に応じて、第１電流源８３による出力電流を制御するための係数ａを算出し、第２電流源８４による出力電流を制御するための係数ｂを算出する。制御回路６０は、係数ａが含まれる第１の制御信号Ｓａを第１電流源８３に出力し、係数ｂが含まれる第２の制御信号Ｓｂを第２電流源８４に出力することにより、第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２から信号生成回路２６への出力を制御する。

【0113】

図１６は、第２の実施形態に係る電圧電流変換部の回路構成の一例を示す回路図である。同図を参照しながら、電圧電流変換部２０Ｂの回路構成の一例について説明する。電圧電流変換部２０Ｂは、第１差動対２１Ｂと、第２差動対２２Ｂとを備える。第１差動対２１Ｂ及び第２差動対２２Ｂは、制御回路６０によりテール電流が制御されない点において第１差動対２１及び第２差動対２２とは異なる。

【0114】

電圧電流変換部２０Ｂは、第１磁気センサ素子１１から第１の方向の磁束密度Ｂｘを取得し、第２磁気センサ素子１２から第２の方向の磁束密度Ｂｙを取得する。電圧電流変換部２０Ｂが取得する第１の方向の磁束密度Ｂｘ及び第２の方向の磁束密度Ｂｙは、制御回路６０から第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂに応じた値である。第１差動対２１Ｂ及び第２差動対２２Ｂは、受け取った差動信号を、差動電流に変換するものである。

【0115】

図１７は、第２の実施形態に係る電流源の回路構成の変形例を示す回路図である。同図を参照しながら、第１電流源８３及び第２電流源８４の変形例である電流源８５の回路構成の一例について説明する。当該変形例においては、第１電流源８３及び第２電流源８４に代えて、電流源８５を備える点において半導体装置１Ｂと異なる。当該変形例においては、第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２は、駆動電流源を排他的に共有する。

【0116】

電流源８５は、第１ビット電流源８５１と、第２ビット電流源８５２と、第３ビット電流源８５３と、第４ビット電流源８５４と、第５ビット電流源８５５と、第６ビット電流源８５６と、切替回路８５７とを備える。第１ビット電流源８５１乃至第６ビット電流源８５６は、第１の制御信号Ｓａ及び第２の制御信号Ｓｂに応じて、第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２に出力される電流値を切り替える。第１ビット電流源８５１はＩｄｒｖ／２を供給する電流源であり、第２ビット電流源８５２はＩｄｒｖ／４を供給する電流源であり、第３ビット電流源８５３はＩｄｒｖ／８を供給する電流源であり、第４ビット電流源８５４はＩｄｒｖ／１６を供給する電流源であり、第５ビット電流源８５５はＩｄｒｖ／３２を供給する電流源であり、第６ビット電流源８５６はＩｄｒｖ／３２を供給する電流源である。

【0117】

ここで、第１ビット電流源８５１乃至第６ビット電流源８５６（それぞれ区別しない場合は単にビット電流源とも記載する）は、４５度、１３５度、２１５度、及び３１５度を判定する際(すなわち係数ａ＝ｂ＝０．５)、全ビットが有効となり第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２にそれぞれ均等にＩｄｒｖ／２ずつ配分する。その他の角度を判定する際(すなわち係数ａ≠ｂ)、一方のＩｄｒｖ／３２（第５ビット電流源８５５又は第６ビット電流源８５６）が無効化され、その他ビット電流源からの出力が、Ｘ軸及びＹ軸で排他的に選択される。一方のＩｄｒｖ／３２（すなわち第５ビット電流源８５５又は第６ビット電流源８５６）は、全ビット選択時にしか使用されない冗長ビットであるということもできる。図示する一例では、Ｘ軸にＩｄｒｖ／２、及びＩｄｒｖ／８が選択された結果として、Ｉｄｒｖｘ＝０．６２５Ｉｄｒｖとなる。また、図示する一例では、Ｙ軸にＩｄｒｖ／４、Ｉｄｒｖ／１６、Ｉｄｒｖ／３２が選択された結果として、Ｉｄｒｖｙ＝０．３４３７５Ｉｄｒｖとなる。

【0118】

［実施形態２のまとめ］
以上説明した実施形態によれば、制御回路６０は、シフトレジスタ回路５０により保持された値に応じて、第１電流源８３による出力電流及び第２電流源８４による出力電流を制御するための係数を算出し、それぞれ第１電流源８３及び第２電流源８４に出力することにより、第１磁気センサ素子１１及び第２磁気センサ素子１２から信号生成回路２６への出力を制御する。すなわち、本実施形態によれば、電圧電流変換部２０に対する制御を行う代わりに、磁気センサ素子の駆動電流源を制御することにより、演算に用いられる係数を適用する。本実施形態に係る回転角度センサは、係数が適用された信号を用いた演算を繰り返すことにより絶対角度情報を得る。回転角度センサは、このような構成を採用することにより、逐次比較型Ａ／Ｄ変換器として動作し、純粋に各軸センサ出力信号の振幅情報をディジタルコードに変換する所謂Ａ／Ｄ変換器や、後段のディジタル逆正接(ａｒｃｔａｎ)演算処理回路が不要となる。したがって、回転角度センサは、非線形のベクトル演算処理を実行する代わりに、比較的簡易な線形アナログ回路により構成されることができる。よって、本実施形態によれば、回路規模を小さくすることができ、省面積化を達成することができる。なお、第２の実施形態のような構成を採用することにより、第１の実施形態の構成と比較し、回路規模を比較的小さくすることが可能となる。

【0119】

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0120】

１…半導体装置
２…半導体基板
３…ＶＤＤ端子
４…ＶＳＳ端子
１０…回転角度センサ
１１…第１磁気センサ素子
１２…第２磁気センサ素子
２０…電圧電流変換部
２６…信号生成回路
３０…加減算部
４０…比較器
５０…シフトレジスタ回路
６０…制御回路
７０…デコーダ回路
８１…第１電流源
８２…第２電流源
Ｓａ…第１の制御信号
Ｓｂ…第２の制御信号
Ｄｃｒｓ…極性切替制御信号
Ｄｓ…比較器出力信号
Ｄｏ…絶対角出力信号
Ｖｓ…加減算信号
Ｓｃ…シフトレジスタ保持値
ＣＬＫ…基準クロック信号
２１…第１差動対
２２…第２差動対
３１…帰還差動対
３２…電流-電圧変換器
３３…スイッチ回路
９１、９２…抵抗
６１…カウンタ回路
６２…制御信号デコーダ回路

【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】