特許 7280135 ホールセンサ及びこのようなセンサを動作させる方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-15

(45)【発行日】2023-05-23

(54)【発明の名称】ホールセンサ及びこのようなセンサを動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/07 20060101AFI20230516BHJP

【ＦＩ】

G01R33/07

【請求項の数】 5

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019132661

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2020020792

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2022-01-28

(31)【優先権主張番号】10 2018 005 676.8

(32)【優先日】2018-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】312016609

【氏名又は名称】ティディケイ－ミクロナス ゲー・エム・ベー・ハー

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マーク バウマン

(72)【発明者】

【氏名】ダーフィト ムータース

(72)【発明者】

【氏名】トーマス デーゼル

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２４７３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２２９７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－１０９３７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５２５９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－２１５３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１００５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１１５６７９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－０５４３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２５９６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６、

Ｈ０１Ｌ ２７／２２、

２９／８２、

４３／００－４３／１４、

Ｇ０１Ｒ １５／００－１７／２２、

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／２５２、

５／３９－５／６２、

Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）互いに離隔された複数の接続箇所（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）を備えたホールセンサ素子（２）を有するホールセンサ（１）を準備し、給電電流又は給電電圧を出力する給電端子（６Ａ、６Ｂ）を有する電流又は電圧供給源（７）を準備するステップと、
ｂ）前記給電電圧を前記ホールセンサ素子（２）に印加するために又は前記給電電流を前記ホールセンサ素子（２）に導通させるために、前記ホールセンサ素子（２）の第１接続箇所（３Ａ）と第１給電端子（６Ａ）とを接続し、前記ホールセンサ素子（２）の第２接続箇所（３Ｂ）と第２給電端子（６Ｂ）とを接続するステップと、
を有する、ホールセンサ（１）を動作させる方法において、
ｃ）前記ホールセンサ素子（２）の第３接続箇所（３Ｃ）における電圧に対し、下方基準値（Ｔ１）及び上方基準値（Ｔ２）を準備するステップと、
ｄ）前記電圧について第１電圧値を検出するステップと、
ｅ）前記第１電圧値と、前記下方基準値（Ｔ１）及び前記上方基準値（Ｔ２）とを比較するステップと、
ｆ）前記比較の結果に依存してエラー信号を形成するステップと、
ｇ）前記ホールセンサ素子（２）の第４接続箇所（３Ｄ）における電圧について第２電圧値を検出するステップと、
ｈ）前記第２電圧値と、前記下方基準値（Ｔ１）及び前記上方基準値（Ｔ２）とを比較するステップと、
ｉ）前記比較の結果に依存して前記エラー信号を形成するステップと、
ｊ）前記ホールセンサ素子（２）の前記第１接続箇所（３Ａ）における電圧について第３電圧値を検出するステップと、
ｋ）前記第３電圧値と、前記下方基準値（Ｔ１）及び前記上方基準値（Ｔ２）とを比較するステップと、
ｌ）前記比較の結果に依存して前記エラー信号を形成するステップと、
をさらに有する、
ことを特徴する、ホールセンサ（１）を動作させる方法。

【請求項2】

ａ）前記ホールセンサ素子（２）の前記第２接続箇所（３Ｂ）における電圧について第４電圧値を検出するステップと、
ｂ）前記第４電圧値と、前記下方基準値（Ｔ１）及び前記上方基準値（Ｔ２）とを比較するステップと、
ｃ）前記比較の結果に依存して前記エラー信号を形成するステップと、
をさらに有する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

請求項１に列挙した方法ステップｂ）、ｄ）、ｅ）及びｆ）と、場合によっては、請求項１に列挙した方法ステップｇ）、ｈ）、ｉ）及び／又は請求項１に列挙した方法ステップｊ）、ｋ）、ｌ）及び／又は請求項２に列挙した方法ステップとを複数回実行し、
２回目の実行時に、及び、場合によっては、それぞれの他の実行時に、前記ホールセンサ素子（２）の前記接続箇所（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）をそれぞれ、有利にはサイクリックに交換することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

互いに離隔された複数の接続箇所（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）を有するホールセンサ素子（２）と、給電電流又は給電電圧を出力する第１給電端子（６Ａ）及び第２給電端子（６Ｂ）を有する電流又は電圧供給源（７）とを備えたホールセンサ（１）であって、
前記ホールセンサ素子（２）に電流を供給するために、前記第１給電端子（６Ａ）は前記ホールセンサ素子（２）の第１接続箇所（３Ａ）に、前記第２給電端子（６Ｂ）は前記ホールセンサ素子（２）の第２接続箇所（３Ｂ）に接続されている又は接続可能である、ホールセンサ（１）において、
前記ホールセンサ（１）は、第３接続箇所（３Ｃ）に接続されている第１入力部（１４）と、上方基準値信号用の基準信号発生器（１５）に接続されている第２入力部（１６）と、第１比較信号用の出力部（１７）とを備えた第１比較装置（１３）を有し、
前記ホールセンサ（１）は、前記第３接続箇所（３Ｃ）に接続されている第３入力部（１９）と、下方基準値信号用の基準信号発生器（２０）に接続されている第４入力部（２１）と、第２比較信号用の出力部（２２）とを備えた第２比較装置（１８）を有し、
前記第１比較装置（１３）の前記出力部（１７）及び前記第２比較装置（１８）の前記出力部（２２）が、第１比較信号及び第２比較信号に依存するエラー信号を形成する評価装置（４７）に接続されており、
前記ホールセンサ（１）は、第４接続箇所（３Ｄ）に接続されている第５入力部（２４）と、前記上方基準値信号用の前記基準信号発生器（１５）に接続されている第６入力部（２５）と、第３比較信号用の出力部（２６）とを備えた第３比較装置（２３）を有し、
前記ホールセンサ（１）は、前記第４接続箇所（３Ｄ）に接続されている第７入力部（２８）と、前記下方基準値信号用の前記基準信号発生器（２０）に接続されている第８入力部（２９）と、第４比較信号用の出力部（３０）とを備えた第４比較装置（２７）を有し、
前記第３比較装置（２３）の前記出力部（２６）及び前記第４比較装置（２７）の前記出力部（３０）は、前記評価装置（４７）に接続されており、
前記評価装置（４７）は、前記エラー信号が第３比較信号及び第４比較信号にも依存するように構成されており、
前記ホールセンサ（１）は、前記第１接続箇所（３Ａ）に接続されている第９入力部（３２）と、前記上方基準値信号用の基準信号発生器（１５）に接続されている第１０入力部（３３）と、第５比較信号用の出力部（３４）とを備えた第５比較装置（３１）を有し、
前記ホールセンサ（１）は、前記第１接続箇所（３Ａ）に接続されている第１１入力部（３６）と、前記下方基準値信号用の前記基準信号発生器（２０）に接続されている第１２入力部（３７）と、第６比較信号用の出力部（３８）とを有する第６比較装置（３５）を有し、
前記評価装置（４７）は、前記エラー信号が第５比較信号及び第６比較信号にも依存するように構成されている、
ことを特徴とするホールセンサ（１）。

【請求項5】

前記ホールセンサ（１）は、前記第２接続箇所（３Ｂ）に接続されている第１３入力部（４０）と、前記上方基準値信号用の基準信号発生器（１５）に接続されている第１４入力部（４１）と、第７比較信号用の出力部（４２）とを備えた第７比較装置（３９）を有し、
前記ホールセンサ（１）は、前記第２接続箇所（３Ｂ）に接続されている第１５入力部（４４）と、前記下方基準値信号用の前記基準信号発生器（２０）に接続されている第１６入力部（４５）と、第８比較信号用の出力部（４６）とを有する第８比較装置（４３）を有し、
前記評価装置（４７）は、前記エラー信号が第７比較信号及び第８比較信号にも依存するように構成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載のホールセンサ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、
ａ）互いに離隔された複数の接続箇所を備えたホールセンサ素子を有するホールセンサを準備し、給電電流又は給電電圧を出力する給電端子を有する電流又は電圧供給源を準備するステップと、
ｂ）給電電圧をホールセンサ素子に印加するために又は給電電流をホールセンサ素子に導通させるために、ホールセンサ素子の第１接続箇所と第１給電端子とを接続し、ホールセンサ素子の第２接続箇所と第２給電端子とを接続するステップと、
を有する、ホールセンサを動作させる方法に関する。

【0002】

さらに、本発明は、互いに離隔された複数の接続箇所を有するホールセンサ素子と、給電電流又は給電電圧を出力する第１給電端子及び第２給電端子を有する電流又は電圧供給源とを備えたホールセンサであって、ホールセンサ素子に電流を供給するために、第１給電端子はホールセンサ素子の第１接続箇所に、第２給電端子はホールセンサ素子の第２接続箇所に接続されている又は接続可能である、ホールセンサに関する。

【背景技術】

【0003】

このようなホールセンサ及びこのような方法は、独国特許発明第１０２０４４２７号明細書（DE 102 04 427 B4）から公知である。ホールセンサは、その縁部に、周方向に互いに離隔された複数の接続箇所を有するほぼプレート状のホールセンサ素子を有する。これらの接続箇所は、２つずつの接続箇所が互いに直径上で対向するように、中心を基準にして同じ角度間隔で並べられている。直径上で互いに対向する２つの接続箇所と、電流又は電圧供給源の給電端子とを接続することにより、ホールセンサ素子に励起電流が供給され、磁束密度が、プレート面に対して垂直にホールセンサ素子を貫通する場合、プレート面内で電子をその移動方向に対して横方向に移動させるローレンツ力が、電流の移動する電子に作用する。これにより、ホールセンサ素子において、電流方向に対して横方向に電場が発生し、この電場は、給電端子に接続されていない接続箇所間で、電圧として取り出すことが可能である。この電圧は、ホール電圧と称される。

【0004】

しかしながら、ホールセンサの実践的な使用においては、ホール電圧には、望ましくないオフセット電圧が重畳される。ホールセンサ素子は、一般に、供給源及び信号処理のための電子装置と共に集積回路として作製され、チップ支持体及びプラスチック製のケーシングに取り付けられる。製造許容差に起因して、また、取り付けの際に、半導体結晶に機械的な応力が生じることがあり、この応力は、オフセット電圧を生じさせることがある。

【0005】

オフセット電圧を補償するため、独国特許発明第１０２０４４２７号明細書から公知の方法においては、いわゆるスピニング・ホール原理が使用される。ここでは、励起電流は、ホールセンサ素子を通して種々異なる方向に導通され、測定される複数の電圧についての平均値が形成される。

【0006】

独国特許発明第１０２０４４２７号明細書から公知のホールセンサ及びここから公知の方法は、実践において、多くの応用における有効性が実証されているが、これには、改善に値するものがある。例えば自動車に組み込まれるホールセンサの個数がつねに増大することに起因して、ホールセンサの信頼性についての要求が増大している。すなわち、エラーが識別されず、また、場合によっては、対応する手段によって補償されない場合には、ただ１つのホールセンサの故障だけで自動車の誤動作に結び付いてしまうことがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】独国特許発明第１０２０４４２７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って、ホールセンサの動作中に場合によって発生し得る誤りを、簡単に検出して表示することが可能な、冒頭に述べた形式のホールセンサ及び冒頭に述べた形式の、ホールセンサを動作させる方法を提供するという課題が存在する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

方法についてのこの課題は、請求項１の特徴的構成によって解決される。この特徴的構成により、冒頭に述べたステップａ）及びｂ）に加えて、以下のさらなるステップが特定される。すなわち、
ｃ）ホールセンサ素子の第３接続箇所における電圧に対し、下方基準値及び上方基準値を準備するステップと、
ｄ）この電圧について第１電圧値を検出するステップと、
ｅ）第１電圧値と、下方基準値及び上方基準値とを比較するステップと、
ｆ）この比較の結果に依存してエラー信号を形成するステップと、
がさらに特定される。

【0010】

すなわち、有利には、第３接続箇所における電圧が、あらかじめ設定した領域外にあり、従って、信頼できない場合にエラー信号が形成される。特に、第１電圧値が下方基準値よりも大きくない場合に、及び／又は、第１電圧値が上方基準値より小さくない場合に、エラーが識別される。ここで前提とされるのは、第３接続箇所における電圧が、実質的に、供給源によって第１接続箇所と第２接続箇所との間に加えられる電圧によって、又は、これらの接続箇所を介してホールセンサ素子を通って導通される励起電流によって影響を受けることであり、これに比べ、ホール電圧が第１電圧値に与える影響が小さいことである。特に、ホールセンサ素子においてホール電圧の誘導によって生じる、第１電圧値に含まれる電圧の割合は、第１電圧値の４分の１よりも、場合によっては６分の１よりも、好ましくは１０分の１よりも小さい。すなわち、第３接続箇所においては、ホールセンサを通って電流が流れる際に、ホールセンサ素子のオーム抵抗の部分抵抗における電圧降下によって生じる電圧が測定される。

【0011】

下方基準値と、上方基準値との間の間隔は、通常時に予想される最大のホール電圧よりも大きく選択される。下方基準値と上方基準値との間の間隔又は許容範囲の幅は、電流又は電圧供給源の第１給電端子と第２給電端子との間に印加される電圧の少なくとも５％、場合によっては少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、また特に少なくとも３０％を取り得る。第１電圧値は、複数の給電端子のうちの１つの電位に対し、又はこれらの給電端子の電位を基準にした、これらの給電端子の電位とは異なる固定の基準電位に対して測定される。

【0012】

エラー信号は、特に、第３接続箇所と、第１電圧値を検出するために使用される測定装置との間の電気接続が障害を受けている場合に、例えば、断線及び／又は他の電位に至る線路との接続を有する場合に、及び／又は、励起電流がホールセンサ素子を通って導通されない場合に又は誤った電流強度で導通される場合に形成される。

【0013】

本発明の好ましい一実施形態においては、以下のさらなるステップを実行する。すなわち、
ａ）ホールセンサ素子の第４接続箇所における電圧について第２電圧値を検出するステップと、
ｂ）第２電圧値と、下方基準値及び上方基準値とを比較するステップと、
ｃ）この比較の結果に依存してエラー信号を形成するステップと、
をさらに有する。

【0014】

付加的なこの手段により、特に、第４接続箇所と、第２電圧値を検出するために使用される測定装置との間の電気接続が障害を受けている場合が確認される。というのは、例えば、この接続が、断線及び／又は他の電位に至る線路への接続を有するからである。第２電圧値は、複数の給電端子のうちの１つの電位に対し、又は、これらの給電端子の電位を基準にした、これら給電端子の電位とは異なる固定の基準電位に対して測定される。好ましくは、ホール電圧の誘導によって生じる、第２電圧値に含まれる電圧の割合は、第１電圧値の４分の１よりも、場合によっては６分の１よりも、好ましくは１０分の１よりも小さい。すなわち、第４接続箇所においては、ホールセンサを通って電流が流れる際に、ホールセンサ素子のオーム抵抗の部分抵抗における電圧降下によって生じる電圧が測定される。特に、第２電圧値が下方基準値よりも大きくない場合に、及び／又は、第２電圧値が上方基準値より小さくない場合にエラーが識別される。

【0015】

本発明の有利な一実施形態においては、以下のさらなるステップを実行する。すなわち、
ａ）ホールセンサ素子の第１接続箇所における電圧について第３電圧値を検出するステップと、
ｂ）第３電圧値と、下側の基準値及び上側の基準値とを比較するステップと、
ｃ）この比較の結果に依存してエラー信号を形成するステップと、
をさらに実行する。

【0016】

すなわち、エラー信号は、供給源によって第１接続箇所に加えられる電位が、許容されない値を有する場合にもアクティブ化される。第３電圧値は、複数の給電端子のうちの１つの電位に対し、又は、これらの給電端子の電位を基準にした、これらの給電端子の電位とは異なる固定の基準電位に対して測定される。

【0017】

本発明の好適な一実施形態においては、以下のさらなるステップを実行する。すなわち、
ａ）ホールセンサ素子の第２接続箇所における電圧について第４電圧値を検出するステップと、
ｂ）第４電圧値と、下方基準値及び上方基準値とを比較するステップと、
ｃ）この比較の結果に依存してエラー信号を形成するステップと、
をさらに実行する。

【0018】

すなわち、エラー信号は、供給源によって第２接続箇所に加えられる電位が、許容されない値を有する場合にもアクティブ化される。第４電圧値は、複数の給電端子のうちの１つの電位に対し、又は、これらの給電端子の電位を基準にした、これらの給電端子の電位とは異なる固定の基準電位に対して測定される。

【0019】

この方法の好ましい一実施形態において、請求項１に列挙した方法ステップｂ）、ｄ）、ｅ）及びｆ）と、場合によっては、請求項２及び／又は請求項３及び／又は請求項４に列挙した方法ステップとを複数回実行し、第２回目の実行時、及び、場合によっては、それぞれの他の実行時に、ホールセンサ素子の接続箇所をそれぞれ、有利にはサイクリックに交換する。この際に実行の回数は、好ましくは、少なくとも、ホールセンサの接続箇所の個数と同じである。この際には第１、第２、第３及び／又は第４電圧値をオフセット補償して検出することも可能であり、すなわち、場合によってはそこに含まれるオフセット電圧を算出することも可能である。しかしながら、この電圧値を検出する際にオフセット補償を考慮しないことも考えられる。

【0020】

本発明に係る方法においては、ホール電圧を特定するために、それ自体公知のように、ホールセンサ素子の第３接続箇所と第４接続箇所との間の電圧を測定することが可能である。ホール電圧を測定する際には、好ましくは、場合によっては測定信号に含まれるオフセット電圧を補償するために、スピニング・ホール原理を使用する。

【0021】

冒頭に述べた形式のホールセンサについての上で述べた課題は、ホールセンサが、第３接続箇所に接続されている第１入力部と、上方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第２入力部と、第１比較信号用の出力部とを備えた第１比較装置を有し、ホールセンサが、第３接続箇所に接続されている第３入力部と、下方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第４入力部と、第２比較信号用の出力部とを備えた第２比較装置を有し、第１比較装置の出力部及び第２比較装置の出力部が、第１比較信号及び第２比較信号に依存するエラー信号を形成する評価装置に接続されている、ことによって解決される。好ましくは、上方基準値信号の電位は、複数の給電端子の電位を基準にして固定であり、これら給電端子の電位とは異なる。下方基準値信号の電位も、これらの給電端子の電位を基準にして固定であり、これらの給電端子の電位とは異なっていてよい。特に、第１比較装置の第１入力部における電位が、第１比較装置の第２入力部における電位より低くない場合に、及び／又は、第２比較装置の第３入力部における電位が、第２比較装置の第４入力部における電位よりも高くない場合に、エラーが識別される。下方基準値信号の電位と、上方基準値信号の電位との間の間隔又は許容範囲の幅は、電流又は電圧供給源の第１給電端子と第２給電端子と間に印加される電圧の少なくとも５％、場合によっては少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％、特に少なくとも３０％を取り得る。

【0022】

これにより、ホールセンサは、第３接続箇所における電圧が、基準値信号によってあらかじめ設定される領域外にあり、従って、信頼できない場合にエラー信号を形成することが可能である。ここで前提とされるのは、第３接続箇所における電圧が、実質的に、供給源によって第１接続箇所と第２接続箇所との間に加えられる電圧によって、又は、この接続箇所を介してホールセンサ素子を通って導通される励起電流によって影響を受けることであり、ホール電圧が第１電圧値に与える影響を無視することができることである。エラー信号は、特に、第３接続箇所と、第１電圧値を検出するために使用される測定装置との間の電気接続が障害を受けている場合に、例えば、断線及び／又は他の電位に至る線路との接続を有する場合に、及び／又は、励起電流が、エラーに起因して、ホールセンサ素子を通って導通されない場合に又は誤った電流強度で導通される場合に形成され得る。

【0023】

本発明の好ましい一実施形態において規定されるのは、ホールセンサが、第４接続箇所に接続されている第５入力部と、上方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第６入力部と、第３比較信号用の出力部とを備えた第３比較装置を有し、ホールセンサが、第４接続箇所に接続されている第７入力部と、下方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第８入力部と、第４比較信号用の出力部とを備えた第４比較装置とを有し、第３比較装置の出力部及び第４比較装置の出力部が、評価装置に接続されており、エラー信号が、第３比較信号及び第４比較信号にも依存するように評価装置が構成されていることである。これにより、第４接続箇所と、第５入力部及び／又は第６入力部との間の電気接続とが障害を受けている場合に、例えば、断線及び／又は他の電位に至る線路との接続を有する場合にもエラー信号を形成することができる。特に、第３比較装置の第５入力部における電位が、第３比較装置の第６入力部における電位よりも低くない場合に、及び／又は、第４比較装置の第７入力部における電位が、第４比較装置の第８入力部における電位よりも高くない場合に、エラーが識別される。

【0024】

本発明の有利な一実施形態においては、ホールセンサが、第１接続箇所に接続されている第９入力部と、上方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第１０入力部と、第５比較信号用の出力部とを備えた第５比較装置を有し、ホールセンサが、第１接続箇所に接続されている第１１入力部と、下方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第１２入力部と、第６比較信号用の出力部とを備えた第６比較装置を有し、エラー信号が、第５比較信号及び第６比較信号にも依存するように評価装置が構成されている。これにより、供給源によって第１接続箇所に加えられる電位が、許容されない値を有し、従って、励起電流が、誤った値でホールセンサ素子を通して導通される場合に、又は、ホールセンサ素子を通って導通されない場合にもエラー信号を形成することができる。特に、第５比較装置の第９入力部における電位が、第５比較装置の第１０入力部における電位よりも高くない場合に、及び／又は、第６比較装置の第１１入力部における電位が、第６比較装置の第１２入力部における電位よりも低くない場合に、エラーが識別される。

【0025】

本発明の好適な一実施形態においては、ホールセンサが、第２接続箇所に接続されている第１３入力部と、上方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第１４入力部と、第７比較信号用の出力部とを備えた第７比較装置を有し、ホールセンサが、第２接続箇所に接続されている第１５入力部と、下方基準値信号用の基準信号発生器に接続されている第１６入力部と、第８比較信号用の出力部とを備えた第８比較装置とを有し、エラー信号が、第７比較信号及び第８比較信号にも依存するように評価装置が構成されている。この手段によっても、例えば、給電端子と第２接続箇所との間の接触接続誤りに起因して、ホールセンサ素子を通して励起電流が導通されない場合に、励起電流がホールセンサ素子を通る際のエラーを識別することができる。特に、第７比較装置の第１３入力部における電位が、第７比較装置の第１４入力部における電位よりも低くない場合に、及び／又は、第８比較装置の第１５入力部における電位が、第８比較装置の第１６入力部における電位よりも低くない場合に、エラーが識別される。

【0026】

本発明の一発展形態においては、ホールセンサが、供給源に接続されておりかつ制御装置に制御接続されている切換装置を有し、この切換装置は、
ａ）第１動作状態において、
・第１入力部及び第３入力部と、第３接続箇所とを接続し、
・第５入力部及び第７入力部と、第４接続箇所とを接続し、
・第９入力部及び第１１入力部と、第１接続箇所とを接続し、
・第１３入力部及び第１５入力部と、第２接続箇所とを接続し、
ｂ）第２動作状態において、
・第１入力部及び第３入力部と、第４接続箇所とを接続し、
・第５入力部及び第７入力部と、第１接続箇所とを接続し、
・第９入力部及び第１１入力部と、第２接続箇所とを接続し、
・第１３入力部及び第１５入力部と、第３接続箇所とを接続し、
ｃ）第３動作状態において、
・第１入力部及び第３入力部と、第１接続箇所とを接続し、
・第５入力部及び第７入力部と、第２接続箇所とを接続し、
・第９入力部及び第１１入力部と、第３接続箇所とを接続し、
・第１３入力部及び第１５入力部と、第４接続箇所とを接続し、
ｄ）第４動作状態において、
・第１入力部及び第３入力部と、第２接続箇所とを接続し、
・第５入力部及び第７入力部と、第３接続箇所とを接続し、
・第９入力部及び第１１入力部と、第４接続箇所とを接続し、
・第１３入力部及び第１５入力部と、第１接続箇所とを接続し、
第２入力部、第６入力部、第１０入力部及び第１４入力部が、それぞれ、上方基準値信号用の基準値発生器に接続され、第４入力部、第８入力部、第１２入力部及び第１６入力部が、それぞれ、下方基準値信号用の基準値発生器に接続されるように構成されている。

【0027】

磁束密度がホールセンサ素子を貫通する際に発生するホール電圧を測定するために、ホールセンサは、測定装置を有することが可能であり、この測定装置により、第３接続箇所と第４接続箇所との間に印加される電圧を測定することができる。ホールセンサは、好ましくは、場合によっては望ましくない、ホール電圧に重畳されるオフセット電圧を補償するために、スピニング・ホール原理に従って動作する。さらに言及すべきであるのは、本発明に係る方法においても、また、本発明に係るホールセンサにおいても、ホールセンサ素子は、垂直方向のホールセンサ素子としても、又は、水平方向のホールセンサ素子としても構成することができることである。垂直方向のホールセンサ素子とは、半導体チップのチップ表面に平行に並んでいる磁束密度を感知するホールセンサ素子のことであると理解される。水平方向又は横方向のホールセンサ素子とは、半導体チップのチップ表面に対して直角に並んでいる磁束密度を感知するホールセンサ素子のことであると理解される。

【0028】

以下においては、図面に基づき、本発明の実施例を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】スピニング・ホール原理に従って動作するホールセンサのブロック図である。

【図2】ホールセンサのホールセンサ素子の接続箇所において、アース電位に対して測定した電圧のグラフである。

【図3】ホールセンサ素子の接続箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における電圧をリストアップした表である。

【図4】許容範囲及び基準値Ｔ１、Ｔ２が書き込まれた、図２と同様の図である。

【図5】ホールセンサ素子の接続箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における電圧が、これらの電圧用に規定された許容範囲内にあるか否かを検査することが可能な監視装置を有する、スピニング・ホール原理に従って動作するホールセンサのブロック図である。

【図6】ホールセンサの正常動作において、ホールセンサ素子の接続箇所Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における電圧と、基準値Ｔ１、Ｔ２とが比較されている表である。

【図7】表の値として、比較装置によって形成される論理信号レベルが示されている、図６と類似の図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１において全体を参照符号１で示したホールセンサは、プレート状のホールセンサ素子２が集積されている半導体チップを有する。ホールセンサ素子２は、例えばケイ素のような半導体材料から成り、その縁部に互いに離隔された接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを有し、これらの接続箇所は、ホールセンサ素子２によって張られる面に対して直交方向に配置されかつ対称中心点４を通って延在する仮想的な中心軸に関して、９０°だけ互いに回転させられている。

【0031】

接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは、それぞれの接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ毎に１つずつのマルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを有する切換装置に接続されている。それぞれのマルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの出力端子は、それぞれ、それに対応付けられている接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに接続されている。それぞれのマルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、電流又は電圧供給源７の給電端子６Ａ、６Ｂに接続されているそれぞれ２つの入力部を有する。供給源７によって供給される給電電圧Ｖ_Ｂは、ホールセンサ素子２に励起電流を供給するために使用される。

【0032】

通電の第１フェーズにおいて、第１給電端子６Ａは、第１マルチプレクサ５Ａを介して、ホールセンサ素子２の第１接続箇所３Ａに接続され、第２給電端子６Ｂは、第２マルチプレクサ５Ｂを介して、ホールセンサ素子２の第２接続箇所３Ｂに接続される。

【0033】

通電の第２フェーズにおいて、第２給電端子６Ｂは、第３マルチプレクサ５Ｃを介して、ホールセンサ素子２の第３接続箇所３Ｃに接続され、第１給電端子６Ａは、第４マルチプレクサ５Ｄを介して、ホールセンサ素子２の第４接続箇所３Ｄに接続される。

【0034】

通電の第３フェーズにおいて、第１給電端子６Ａは、第２マルチプレクサ５Ｂを介して、ホールセンサ素子２の第２接続箇所３Ｂに接続され、第２給電端子６Ｂは、第１マルチプレクサ５Ａを介して、ホールセンサ素子２の第１接続箇所３Ａに接続される。従って、励起電流は、第３フェーズにおいて、第１フェーズとは逆向きに流れる。

【0035】

通電の第４フェーズにおいて、第１給電端子６Ａは、第３マルチプレクサ５Ｃを介して、ホールセンサ素子２の第３接続箇所３Ｃに接続され、第２給電端子６Ｂは、第４マルチプレクサ５Ｄを介して、ホールセンサ素子２の第４接続箇所３Ｄに接続される。従って、励起電流は、第４フェーズにおいて、第２フェーズとは逆向きに流れる。

【0036】

それぞれのマルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの他の２つの入力部は、直径上で互いに対向する接続箇所３Ａ、３Ｂ又は３Ｃ、３Ｄを測定するために設けられている測定装置８の入力端子１１、１２に電気接続されている。測定装置８は、測定した電圧をデジタル化するために、図面には詳しく図示していないデジタル／アナログコンバータを有し、このデジタル／アナログコンバータは、測定値を格納するためにデータ記憶装置９に接続されている。データ記憶装置９は、評価装置４７に接続されており、評価装置４７においては、そこに含まれており、ホール電圧に重畳されているオフセット電圧を補償するために、測定した電圧値が処理される。ホールセンサ素子２には、ホール電圧の測定中に、その延在面に対して垂直に磁束密度が流れ、この磁束密度は、図面に詳しく示されておらず、例えば、図１の図平面に流れ込むことが可能である。

【0037】

マルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、共通の制御装置１０と制御接続されているそれぞれ１つの制御入力部を有する。対応する制御信号を制御入力部に送信することにより、マルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの出力端子に接続される接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが、選択的又は交互に、マルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの複数の入力部のうちの１つに電気接続されるように又はこれらから切り離されるように、該当するマルチプレクサ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄをそれぞれ設定することができる。

【0038】

図２には、ホールセンサ１の動作中に、アース電位に対する、個々の接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに印加される電圧がグラフで図示されている。第１フェーズにおいては、ホールセンサ１に欠陥がなければ、ホールセンサ素子２の第１接続箇所３Ａ（電圧Ｖ_Ｃ１）に給電電圧Ｖ_Ｂが加わり、第２接続箇所３Ｂ（電圧Ｖ_Ｃ２）はアース電位にある。ホールセンサ素子２は、ホイートストン測定ブリッジと類似の振る舞いをするため、第３接続箇所及び第４接続箇所（電圧Ｖ_Ｃ３及びＶ_Ｃ４）には、ホール電圧及びオフセット電圧がない場合には、それぞれアースに対して給電電圧Ｖ_Ｂの半分が印加される（図３）。実際の動作においては、４つの接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄにおける電圧は、ホール電圧及びオフセット電圧に起因して、これらの値からやや偏差することがある。このことは、図２において許容範囲によって略示されている。

【0039】

図４から分かるように３つの許容範囲があり、これらの許容範囲のうち、下の許容範囲は、アース電位から下方基準値Ｔ１まで延在している。中間の許容範囲は、下方基準値Ｔ１から上方基準値Ｔ２まで延在しており、上の許容範囲は、上方基準値Ｔ２から給電電圧Ｖ_Ｂまで延在している。上方基準値Ｔ２は、値（２／３）×Ｖ_Ｂを有し、下方基準値Ｔ１は、値（１／３）×Ｖ_Ｂを有し、Ｖ_Ｂは、第１接続箇所３Ａと第２接続箇所３Ｂとの間に印加される、供給源７によって供給される給電電圧である。

【0040】

電圧が、この電圧用に規定された許容範囲内にあるか否かをチェックするために、ホールセンサ１は、監視装置を有する。図５から分かるように、監視装置は、第１比較装置１３を有し、これは、第３接続箇所３Ｃに接続されている第１入力部１４と、上方基準値信号用の基準信号発生器１５の第１端子に接続されている第２入力部１６と、第１比較信号用の出力部１７とを有する。基準信号発生器１５の第２端子は、アース電位にある。図６から分かるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第３接続箇所３Ｃにおける電圧は、フェーズ１において、上方基準値Ｔ２よりも小さいはずである。このことは、第１比較装置１３によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「１」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0041】

さらにホールセンサ１は、第２比較装置１８を有し、これは、第３接続箇所に接続されている第３入力部１９と、下方基準値信号用の基準信号発生器２０の第１端子に接続されている第４入力部２１と、第２比較信号用の出力部２２とを有する。基準信号発生器２０の第２端子は、アース電位にある。図６から分かるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第３接続箇所３Ｃにおける電圧は、フェーズ１において、下方基準値Ｔ１よりも大きいはずである。このことは、第２比較装置１８によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「０」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0042】

第３比較装置２３は、第４接続箇所３Ｄに接続されている第５入力部２４と、上方基準値信号用の基準信号発生器１５に接続されている第６入力部２５と、第３比較信号用の出力部２６とを有する。図６から得られるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第４接続箇所３Ｄにおける電圧は、フェーズ１において、上方基準値Ｔ２よりも小さいはずである。このことは、第３比較装置２３によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「１」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0043】

ホールセンサ１の第４比較装置２７は、第４接続箇所３Ｄに接続されている第７入力部２８と、下方基準値信号用の基準信号発生器２０に接続されている第８入力部２９と、第４比較信号用の出力部３０とを有する。図６から分かるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第４接続箇所３Ｄにおける電圧は、フェーズ１において、下方基準値Ｔ１よりも大きいはずである。このことは、第４比較装置２７によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「０」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0044】

図５からさらに分かるように、ホールセンサ１は、さらに、第５比較装置３１を有し、これは、第１接続箇所３Ａに接続されている第９入力部３２と、上方基準値信号用の基準信号発生器１５に接続されている第１０入力部３３と、第５比較信号用の出力部３４とを有する。図６から得られるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第１接続箇所３Ａにおける電圧は、フェーズ１において、上方基準値Ｔ２よりも大きいはずである。このことは、第５比較装置３１によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「０」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0045】

第６比較装置３５は、第１接続箇所３Ａに接続されている第１１入力部３６と、下方基準値信号用の基準信号発生器２０に接続されている第１２入力部３７と、第６比較信号用の出力部３８とを有する。図６から得られるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第１接続箇所３Ａにおける電圧は、フェーズ１において、下方基準値Ｔ１よりも大きいはずである。このことは、第６比較装置３５によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「０」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0046】

ホールセンサ１の第７比較装置３９は、第２接続箇所３Ｂに接続されている第１３入力部４０と、上方基準値信号用の基準信号発生器１５に接続されている第１４入力部４１と、第７比較信号用の出力部４２とを有する。図６から分かるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第２接続箇所３Ｂにおける電圧は、フェーズ１において、上方基準値Ｔ２よりも小さいはずである。このことは、第７比較装置３９によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「１」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0047】

最後に、ホールセンサ１は、第８比較装置４３を有し、これは、第２接続箇所３Ｂに接続されている第１５入力部４４と、下方基準値信号用の基準信号発生器２０に接続されている第１６入力部４５と、第８比較信号用の出力部４６とを有する。図６から得られるように、ホールセンサ１に欠陥がなければ、第２接続箇所３Ｂにおける電圧は、フェーズ１において、下方基準値Ｔ１よりも小さいはずである。このことは、第８比較装置４３によってチェックされる。比較結果がこれと一致しない場合、すなわち、論理値「１」（図７）が得られる場合、エラー信号が形成される。

【0048】

第２、第３及び第４フェーズにおいては、接続箇所３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄにおける電圧が、図６の表の行２、３及び４のエントリに対応して比較される。少なくとも１つのチェックにおいて、目標値から逸脱していることが確認される場合、評価装置４７によってエラー信号が形成され、エラー信号出力部４８に出力される。図６にリストアップした（目標）比較結果は、テーブルの形で評価装置４７又はデータ記憶装置９に格納することが可能である。従って、個々の比較結果は、評価装置４７において互いに結びつけられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】