專利名稱：傳感器閾值電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠適用于各種傳感器的傳感器閾值電路，特別涉及一種根據(jù)傳感器輸出阻抗與偏置電流的乘積來決定用于使傳感器輸出數(shù)字輸出化的閾值點(diǎn)的傳感器閾值電路。

背景技術(shù)：
圖8示出以往的傳感器閾值電路。該傳感器閾值電路具備四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30、傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50以及偏置電流切換電路70，對(duì)于從外部施加的例如磁場(chǎng)那樣的傳感器輸入BIN得到傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)。在此，利用偏置電流切換電路70切換電阻器RO、RR來改變傳感器偏置電流IB，由此對(duì)于傳感器輸入BIN能夠得到具有圖9所示那樣的滯后特性的數(shù)字輸出電壓VO(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
圖9是表示具有滯后特性的傳感器閾值電路的傳感器輸入BIN與輸出電壓VO之間的關(guān)系的電路圖。當(dāng)增加傳感器輸入BIN時(shí)，在閾值點(diǎn)BOP上輸出電壓VOVOH減少至VOL。另一方面，當(dāng)減少傳感器輸入BIN時(shí)，在小于閾值點(diǎn)BOP的閾值點(diǎn)BRP上輸出電壓VO反地從VOL增加至VOH，從而得到具有具備了滯后寬度|BH|的滯后特性的數(shù)字輸出電壓VO0。
接著，參照?qǐng)D8說明以往的傳感器閾值電路的動(dòng)作。
首先，參照?qǐng)D10對(duì)圖8中的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO導(dǎo)通、開關(guān)SWR斷開時(shí)的閾值點(diǎn)進(jìn)行說明。圖10是表示如下電路結(jié)構(gòu)的圖為了簡(jiǎn)化說明，在圖8的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO導(dǎo)通并且開關(guān)SWR斷開的狀態(tài)下，抽取出四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器偏置電流IBO。
首先，為了便于分析，考慮為檢測(cè)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的電阻器RS的電阻值遠(yuǎn)小于傳感器電阻器R1、R2、R3、R4的電阻值，由此使傳感器的驅(qū)動(dòng)端子電壓VCC2等于傳感器驅(qū)動(dòng)電壓VCC。根據(jù)后面推導(dǎo)的結(jié)果可知閾值點(diǎn)不依賴于傳感器驅(qū)動(dòng)電壓VCC，因此傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電阻器RS的電阻值可以是任意值。
此時(shí)，傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50所產(chǎn)生的電流IBO使用傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS而成為下式(1)。
IBO＝IS×RS/RO …(1) 在此，為了簡(jiǎn)化而如下那樣定義電流鏡比1/KO。
1/KO＝RS/RO …(2) 此時(shí)，如圖10所示，當(dāng)設(shè)流過傳感器電阻器R1的電流為I1、流過傳感器電阻器R3以及R4的電流為I2、傳感器電阻器R1、R2的連接點(diǎn)的電位為VP、傳感器電阻器R3、R4的連接點(diǎn)的電位為VN時(shí)，下式(3a)～(3c)成立。
I1＝(VCC-VP)/R1…(3a) I2＝VCC(R3+R4) …(3b) VP/R2＝I1+(I1+I2)KO…(3c) 當(dāng)求解VP時(shí)成為 VP＝VCC×[(1+1/KO)/R1+1/{KO×(R3+R4)}]/(1/R2+(1+1/KO)/R1) ...(4) 電壓比較器20在VP＝VN的電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此下式(5)成立。
VCC×[(1+1/KO)/R1+1/{KO×(R3+R4)}]/{1/R2+(1+1/KO)/R1}＝R4×VCC/(R3+R4) ...(5) 能夠考慮為根據(jù)從外部施加的傳感器輸入BIN，四端子型傳感器10的電阻器R1、R2、R3、R4打破平衡而成為R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR、或者R1＝R4＝R-ΔR、R2＝R3＝R+ΔR，從而產(chǎn)生傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)。由此，當(dāng)設(shè)R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR時(shí)，式(5)成為如下這樣 [(1+1/KO)/(R+ΔR)+1/{KO×(R-ΔR+R+ΔR)}]/(1/(R-ΔR)+(1+1/KO)/(R+ΔR)＝(R+ΔR)/(R-ΔR+R+ΔR) ...(6) 求出上式(6)成立的ΔR/R。
ΔR/R＝1/[(2×KO×{1+1/(2×KO)}] ≈1/(2×KO)≡BOP ...(7) 即，上式(7)成立的ΔR/R為閾值點(diǎn)BOP。在此，通常的傳感器輸出電壓從數(shù)百μV到數(shù)十mV左右，傳感器驅(qū)動(dòng)電壓從1V到5V左右。由此，將KO作為足夠大的值來進(jìn)行近似。
同樣，參照?qǐng)D11對(duì)圖8中的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO斷開、開關(guān)SWR導(dǎo)通時(shí)的閾值點(diǎn)進(jìn)行說明。圖11是表示如下電路結(jié)構(gòu)的圖為了簡(jiǎn)化說明，在圖8的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO斷開并且開關(guān)SWR導(dǎo)通的狀態(tài)下抽取出四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器偏置電流IBR。
此時(shí)，傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50所產(chǎn)生的電流IBR成為下式(8)。
IBR＝IS×RS/RR…(8) 在此，為了簡(jiǎn)便而如下那樣定義電流鏡比1/KR。
1/KR＝RS/RR …(9) 此時(shí)，通過如圖11所示那樣地決定電流、將傳感器偏置電流為IBO時(shí)的電流鏡比1/KO設(shè)為1/KR，能夠同樣地進(jìn)行考慮，由下式(10)提供VP＝VN成立時(shí)的ΔR/R。
ΔR/R≈1/(2×KR)≡BRP ...(10) 即，上式(10)成立的ΔR/R為閾值點(diǎn)BRP。
接著，考慮通過切換偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO、開關(guān)SWR而制作的滯后寬度|BH|。
用下式(11)求出滯后寬度|BH|。
|BH|＝|BOP-BRP|＝|1/(2×KO)-1/(2×KR)| ＝|RS×(1/RO-1/RR)/2|...(11) 圖12示出根據(jù)上式(7)、(10)、(11)得到的閾值點(diǎn)BOP和BRP、以及滯后寬度|BH|與傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電阻器RS之間的關(guān)系。
如圖12所示，可知在以往的傳感器閾值電路中，在通過改變傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30的電阻器RS來改變閾值點(diǎn)的情況下，也同樣地改變滯后寬度|BH|。根據(jù)上式(11)也可知這一點(diǎn)。
專利文獻(xiàn)1日本特開2001-108480號(hào)公報(bào) 然而，在以往的傳感器閾值電路中，在如上述那樣通過改變電阻器RS來改變閾值點(diǎn)時(shí)，與其同樣地也改變滯后寬度|BH|。滯后寬度|BH|起到減小由傳感器輸出噪聲引起的輸出偏差的作用。因此存在如下問題在改變了閾值點(diǎn)的情況下，由于滯后寬度|BH|的變化而產(chǎn)生由傳感器輸出噪聲引起的輸出偏差的影響因閾值點(diǎn)不同而不同的情形。
另外，當(dāng)通過改變電阻器RO和電阻器RR來改變閾值點(diǎn)時(shí)，能夠得到不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度|BH|。但是，為了改變兩個(gè)電阻器需要兩個(gè)輸出端子，從而產(chǎn)生芯片面積、芯片成本增加等問題。
本發(fā)明是鑒于這種問題而完成的，其目的在于提供一種能夠通過改變一個(gè)電阻器來改變閾值點(diǎn)并能夠提供不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度的傳感器閾值電路。


發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的權(quán)利要求1的傳感器閾值電路對(duì)于傳感器的輸入而輸出具有滯后特性的數(shù)字信號(hào)，該傳感器閾值電路的特征在于，具備電壓比較器，其將上述傳感器的輸出電壓二值化；傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路，其檢測(cè)上述傳感器的驅(qū)動(dòng)電流；傳感器偏置電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)上述電壓比較器的輸出而產(chǎn)生閾值電流，該閾值電流為由上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)出的傳感器驅(qū)動(dòng)電流的1/K倍(K>0)；以及閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生閾值調(diào)整電流，對(duì)在上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路中產(chǎn)生的上述閾值電流進(jìn)行加減上述閾值調(diào)整電流的運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流，提供給上述傳感器的輸出端子，其中，上述閾值調(diào)整電流為由上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)出的傳感器驅(qū)動(dòng)電流的1/A倍(A>0)。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求2的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求1中，還具備偏置電流切換電路，該偏置電流切換電路根據(jù)上述電壓比較器的輸出來切換第一電阻和第二電阻，上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路根據(jù)被上述偏置電流切換電路連接的第一電阻或第二電阻來產(chǎn)生上述閾值電流。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求3的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求2中，上述閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路具備第一電阻器、第二和第三電阻器以及運(yùn)算放大器，當(dāng)設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RA、上述第二和第三電阻器的電阻值分別為RB、RC(RB>RC)、上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路的電阻器的電阻值為RS時(shí)，用下式表示上述1/A的值 1/A＝(RS/RA/2)×(1—RC/RB) 其中，上述第一電阻器用于以傳感器驅(qū)動(dòng)電壓為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)，上述第二和第三電阻器用于以GND為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求4的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求3中，上述第一電阻器、上述第二電阻器、上述第三電阻器中的至少一個(gè)是可變電阻器。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求5的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求1中，上述閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路具備第一電阻器以及運(yùn)算放大器，當(dāng)設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RA、上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路的電阻器的電阻值為RS時(shí)，用下式表示上述1/A的值 1/A＝RS/RA 其中，上述第一電阻器用于以傳感器驅(qū)動(dòng)電壓為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求6的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求5中，上述第一電阻器是可變電阻器。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求7的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)中，設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RO、上述第二電阻器的電阻值為RR，在僅導(dǎo)通上述第一電阻器的情況下表示為1/K＝RS/RO，在僅導(dǎo)通上述第二電阻器的情況下表示為1/K＝RS/RR。
另外，本發(fā)明的權(quán)利要求8的傳感器閾值電路的特征在于，在權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)中，上述傳感器是四端子型傳感器，是霍爾元件、磁阻元件、應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器中的任意一種。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，利用根據(jù)傳感器驅(qū)動(dòng)電流而產(chǎn)生的閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT來產(chǎn)生傳感器偏置電流IB，由此由電阻比K來提供滯后寬度|BH|，因此如果K確定則滯后寬度|BH|不依賴于改變閾值點(diǎn)的系數(shù)A而成為固定值。另外，如果常數(shù)K確定則滯后寬度|BH|確定為一個(gè)值，不存在偏差、溫度變動(dòng)經(jīng)時(shí)變化。因而，根據(jù)本發(fā)明，存在以下效果能夠提供可得到不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度|BH|的傳感器閾值電路。



圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的傳感器閾值電路的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖2是表示抽取出圖1的四端子型傳感器、電壓比較器、閾值電流IT以及閾值調(diào)整電流ICONT而得到的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的傳感器閾值電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示抽取出圖3的四端子型傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路以及閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路而得到的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5是表示抽取出圖3的四端子型傳感器、電壓比較器、閾值電流IT以及閾值調(diào)整電流ICONT而得到的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示實(shí)施方式中的閾值點(diǎn)與系數(shù)1/A的關(guān)系的圖。
圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的傳感器閾值電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖8是表示以往的傳感器閾值電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9是表示具有滯后特性的傳感器閾值電路的傳感器輸入與輸出電壓之間的關(guān)系的圖。
圖10是表示在圖8的偏置電流切換電路的開關(guān)SWO為導(dǎo)通狀態(tài)并且開關(guān)SWR為斷開狀態(tài)下抽取出四端子型傳感器、傳感器偏置電流IBO以及電壓比較器而得到的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是表示在圖8的偏置電流切換電路的開關(guān)SWO為斷開狀態(tài)并且開關(guān)SWR為導(dǎo)通狀態(tài)下抽取出四端子型傳感器、傳感器偏置電流IBR以及電壓比較器而得到的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖12是表示以往的傳感器閾值電路中的閾值點(diǎn)和傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電阻器RS之間的關(guān)系的圖。
附圖標(biāo)記說明 10四端子型傳感器；20電壓比較器；30傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路；40傳感器驅(qū)動(dòng)電壓源；50傳感器偏置電流產(chǎn)生電路；60閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路；70偏置電流切換電路；52、61、62運(yùn)算放大器；51、63、64PMOS晶體管；65、66、67NMOS晶體管；71反相器；SWO、SWR開關(guān)；R1、R2、R3、R4、RS、RO、RR、RA、RB、RC電阻器。

具體實(shí)施例方式 下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。其中，在所有圖中對(duì)附圖的互相對(duì)應(yīng)的部分付加相同的附圖標(biāo)記，對(duì)重復(fù)部分適當(dāng)?shù)厥÷院笫龅恼f明。
[第一實(shí)施方式] (第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)) 圖1是表示本發(fā)明中的傳感器閾值電路的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的概念圖。
該傳感器閾值電路構(gòu)成為具備四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30、傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50、閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60以及偏置電流切換電路70。此外，四端子型傳感器10是電阻型的四端子型傳感器，例如是霍爾元件、磁阻元件、應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器中的任意一種。
另外，在該傳感器閾值電路中，使在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50和閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生的傳感器偏置電流IB流入到四端子型傳感器10的輸出端子，利用由傳感器偏置電流IB與四端子型傳感器10的輸出端子VP的阻抗ROUT的乘積IB×ROUT引起的電壓降，在傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)上具有滯后特性。
在這種結(jié)構(gòu)的傳感器閾值電路中，使用傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30來檢測(cè)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS，在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/K倍(K>0)的閾值電流IT。在此，通過偏置電流切換電路70的控制，K具有兩個(gè)值，傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50產(chǎn)生兩個(gè)閾值電流ITO、ITR。
另外，在閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/A倍(A>0)的閾值調(diào)整電流ICONT，通過對(duì)閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT進(jìn)行加減運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流IB。
本發(fā)明的傳感器閾值電路的要點(diǎn)是根據(jù)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS來產(chǎn)生閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT，通過對(duì)閾值電流IT進(jìn)行加減閾值調(diào)整電流ICONT的運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流IBO。
為了理解本發(fā)明，首先考察圖1中的閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT。
圖2是如下結(jié)構(gòu)的電路圖為了簡(jiǎn)化說明而抽取出圖1所示的傳感器閾值電路內(nèi)的四端子型傳感器10和電壓比較器20，并且閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT流過它們。
考慮通過偏置電流切換電路70的控制而圖1所示的傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50產(chǎn)生閾值電流ITO時(shí)的閾值點(diǎn)BOP。
此時(shí)，使用傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KO、閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60的電流鏡比1/A，用下式(12)表示傳感器偏置電流IBO。
IBO＝ITO—ICONT ＝IS/KO-IS/A …(12) 此時(shí)，下式(13a)～(13c)成立。
I1＝(VCC-VP)/R1...(13a) I2＝VCC/(R3+R4)...(13b) VP/R2＝I1+((I1+I2)/KO-(I1+I2)/A)) ...(13c) 當(dāng)求解VP時(shí)，成為 VP＝VCC×[(1+1/KO-1/A)/R1(1/KO-1/A)/(R3-R4)]/[1/R2+(1+1/KO-1/A)/R1] …(14) 電壓比較器20在VP＝VN的電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此下式(15)成立。
VCC×[(1+1/KO-1/A)/R1(1/KO-1/A)/(R3+R4)]/[1/R2+(1 +1/KO-1/A)/R1]＝R4×VCC(R3+R4) …(15) 能夠考慮根據(jù)從外部施加的傳感器輸入BIN，四端子型傳感器10的電阻器R1、R2、R3、R4打破平衡而成為R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR、或者R1＝R4＝R-ΔR、R2＝R3＝R+ΔR，從而產(chǎn)生傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)。由此，當(dāng)設(shè)R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR時(shí)，下式(16)成立。
{(1+1/KO-1/A)/(R+ΔR)+(1/KO-1/A)/(R—ΔR+R+ΔR)} /{1/(R—ΔR)+(1+1/KO-1/A)/(R+ΔR)}＝(R+ΔR)/(R—ΔR+ R+ΔR) …(16) 求出上式(16)成立的ΔR/R。
ΔR/R＝(1/KO-1/A)/[2×{1+1/2×(1/KO-1/A)}] ≈1/(2×KO)-1/(2×A)≡BOP...(17) 即，上式(17)成立的ΔR/R為閾值點(diǎn)BOP。在此，利用在作為當(dāng)前前提的范圍內(nèi)將常數(shù)KO、A處理為足夠大的值來進(jìn)行近似。
接著，考慮通過偏置電流切換電路70的控制而圖1所示的傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50產(chǎn)生閾值電流ITR時(shí)的閾值點(diǎn)BRP。
此時(shí)，使用傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KR、閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60的電流鏡比1/A，用下式(18)表示傳感器偏置電流IBO。
IBR＝ITR—ICONT ＝IS/KR-IS/A…(18) 通過將包括在式(12)～(17)內(nèi)的傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KO置換為1/KR，能夠同樣地求出此時(shí)的閾值點(diǎn)BRP。
ΔR/R≈1/(2×KR)-1/(2×A)≡BRP...(19) 接著，考慮通過由傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50根據(jù)偏置電流切換電路70的控制來切換閾值電流ITO、閾值電流ITR而制作的滯后寬度|BH|。
此時(shí)，用下式(20)表示滯后寬度|BH|。
|BH|＝|BOP—BRP|＝|{1/(2×KO)-1/(2×A)}-{1/(2×KR)-1 /(2×A)}| ＝|1/(2×KO)-1/(2×KR)| …(20) 在上述實(shí)施方式中求出的上式(17)、(19)、(20)的重要點(diǎn)在于閾值點(diǎn)BOP和BRP依賴于系數(shù)A，而滯后寬度|BH|不依賴于系數(shù)A。
另外，通過改變系數(shù)A能夠改變閾值點(diǎn)。
另外，根據(jù)上式(20)可知滯后寬度|BH|不依賴于傳感器驅(qū)動(dòng)電壓VCC。
利用電流鏡比來提供上述系數(shù)KO、KR，因此，如果系數(shù)KO、KR被確定則滯后寬度|BH|確定為一個(gè)值，而不存在偏差、溫度變動(dòng)、經(jīng)時(shí)變化。
因而，根據(jù)本發(fā)明的傳感器閾值電路能夠提供不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度。
另外，在第一實(shí)施方式中，在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50和閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生的傳感器偏置電流IB流入到四端子型傳感器10的輸出端子VP，但是也可以代替流入到四端子型傳感器10的輸出端子VP而流入到輸出端子VN。
[第二實(shí)施方式] (第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)) 圖3是表示本發(fā)明中的傳感器閾值電路的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的電路圖。
該傳感器閾值電路構(gòu)成為具備四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30、傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50、閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60以及偏置電流切換電路70。此外，四端子型傳感器10是電阻型的四端子型傳感器，例如是霍爾元件、磁阻元件、應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器中的任意一種。
另外，在該傳感器閾值電路中，使在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50和閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生的傳感器偏置電流IB流入到四端子型傳感器10的輸出端子，利用由傳感器偏置電流IB與四端子型傳感器10的輸出端子VP的阻抗ROUT的乘積IB×ROUT引起的電壓降，在傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)上具有滯后特性。
在這種結(jié)構(gòu)的傳感器閾值電路中，使用傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30的電阻器RS來檢測(cè)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS，在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/K倍(K>0)的閾值電流IT，其中，上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50由電阻器RS、通過偏置電流切換電路70的控制而被連接的電阻器RR或者電阻器RO、運(yùn)算放大器52以及PMOS晶體管51構(gòu)成。在此，根據(jù)偏置電流切換電路70的控制，K具有兩個(gè)值，傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50產(chǎn)生兩個(gè)閾值電流ITO、ITR。
另外，在閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/A倍(A>0)的閾值調(diào)整電流ICONT，其中，上述閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60由電阻器RA、運(yùn)算放大器61、PMOS晶體管63、PMOS晶體管64、電阻器RC、電阻器RB、運(yùn)算放大器62、NMOS晶體管65、NMOS晶體管66以及NMOS晶體管67構(gòu)成。
另外，通過在閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中對(duì)閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT進(jìn)行減法運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流IB。在第二實(shí)施方式中，將從閾值電流IT中減去閾值調(diào)整電流ICONT而得到的電流作為傳感器偏置電流IBO來進(jìn)行說明，但是也可以將在閾值電流IT上加上閾值調(diào)整電流ICONT而得到的電流作為傳感器偏置電流IBO。
本發(fā)明的傳感器閾值電路的要點(diǎn)是根據(jù)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS來產(chǎn)生閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT，通過對(duì)閾值電流IT進(jìn)行加減閾值調(diào)整電流ICONT的運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流IBO。
為了理解本發(fā)明，首先考察圖3中的閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT。另外，為了便于理解，將檢測(cè)傳感器驅(qū)動(dòng)電流的電阻器RS的電阻值考慮為遠(yuǎn)小于傳感器電阻器R1、R2、R3、R4的電阻值，由此傳感器的驅(qū)動(dòng)端子電壓VCC2等于VCC。根據(jù)后面推導(dǎo)的結(jié)果可知閾值點(diǎn)不依賴于傳感器驅(qū)動(dòng)電壓VCC，因此傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電阻器RS的電阻值可以是任意值。
首先，說明圖3中的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO導(dǎo)通、開關(guān)SWR斷開時(shí)的閾值電流ITO。
ITO＝IS×RS/RO …(21) 在此，為了簡(jiǎn)化而如下那樣定義傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KO。
1/KO＝RS/RO …(22) 接著，說明圖3中的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWR導(dǎo)通、開關(guān)SWO斷開時(shí)的閾值電流ITR。
ITR＝IS×RS/RR …(23) 在此，為了簡(jiǎn)化而如下那樣定義傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KR。
1/KR＝RS/RR …(24) 接著，如圖4那樣決定電流，說明閾值調(diào)整電流ICONT。圖4是為了簡(jiǎn)化說明而抽取出圖3所示的傳感器閾值電路內(nèi)的四端子型傳感器10和傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30、傳感器驅(qū)動(dòng)電壓源40以及閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60的電路圖。在此為了簡(jiǎn)化說明，設(shè)為PMOS晶體管63和PMOS晶體管64的大小相等來進(jìn)行以下處理。另外，設(shè)為NMOS晶體管66和NMOS晶體管67的大小相等來進(jìn)行以下處理。另外，設(shè)RB>RC。
首先，流過PMOS晶體管63和PMOS晶體管64的電流I63、I64相等，用式(25)來表示。
I63＝I64＝IS×RS/RA/2…(25) 另外，用下式(26)來表示流過NMOS晶體管65和電阻器RB的電流I65。
I65＝I64×RC/RB ＝IS×RS/RA/2×RC/RB…(26) 另外，NMOS晶體管66和NMOS晶體管67的電流I66、閾值調(diào)整電流ICONT相等，用下式(27)來表示。
I66＝ICONT＝I63—I65 ＝(IS×RS/RA/2)—(IS×RS/RA/2)×RC/RB ＝(IS×RS/RA/2)×(1—RC/RB) …(27) 在此，為了簡(jiǎn)化而定義下式(28)。
1/A＝RS/RA/2×(1—RC/RB) …(28) 接著，如圖5那樣決定電流。圖5是如下結(jié)構(gòu)的電路圖為了簡(jiǎn)化說明而抽取出圖3所示的傳感器閾值電路內(nèi)的四端子型傳感器10和電壓比較器20，并且閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT流過它們。
考慮圖3所示的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO導(dǎo)通、開關(guān)SWR斷開時(shí)的閾值點(diǎn)BOP。
此時(shí)，用上式(21)表示閾值電流ITO，使用式(21)、式(22)、式(27)、式(28)并用下式(29)來表示傳感器偏置電流IBO。
IBO＝ITO-ICONT ＝IS/KO-IS/A…(29) 此時(shí)，下式(30a)～(30c)成立。
I1＝(VCC-VP)/R1...(30a) I2＝VCC/(R3+R4)...(30b) VP/R2＝I1+((I1+I2)/KO-(I1+I2)/A))...(30c) 當(dāng)求解VP時(shí)，成為 VP＝VCC×[(1+1/KO-1/A)/R1+(1/KO-1/A)/(R3+R4)]/[1/R2 +(1+1/KO-1/A)/R1] …(31) 電壓比較器20在VP＝VN的電壓下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此下式(32)成立。
VCC×[(1+1/KO-1/A)/R1+(1/KO-1/A)/(R3+R4)]/[1/R2+(1+1/KO-1/A)/R1]＝R4×VCC/(R3+R4) …(32) 能夠考慮根據(jù)從外部施加的傳感器輸入BIN，四端子型傳感器10的電阻器R1、R2、R3、R4打破平衡而成為R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR、或者成為R1＝R4＝R-ΔR、R2＝R3＝R+ΔR，從而產(chǎn)生傳感器輸出電壓VSO(＝VP-VN)。由此，當(dāng)設(shè)R1＝R4＝R+ΔR、R2＝R3＝R-ΔR時(shí)，下式(33)成立。
{(1+1/KO-1/A)/(R+ΔR)+(1/KO-1/A)/(R-ΔR+R+ΔR)} /{1/(R-ΔR)+(1+1/KO-1/A)/(R+ΔR)}＝(R+ΔR)/(R—ΔR+ R+ΔR)…(33) 求出上式(33)成立的ΔR/R。
ΔR/R＝(1/KO-1/A)/[2×{1+1/2×(1/KO-1/A)}] ≈1/(2×KO)-1/(2×A)≡BOP ...(34) 即，上式(34)成立的ΔR/R為閾值點(diǎn)BOP。在此，利用在作為當(dāng)前前提的范圍內(nèi)將常數(shù)KO、A處理為足夠大的值來進(jìn)行近似。
接著，考慮圖3所示的偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO斷開、開關(guān)SWR導(dǎo)通時(shí)的閾值點(diǎn)BRP。
此時(shí)，用上式(33)表示閾值電流ITR，使用式(23)、式(24)、式(27)、式(28)并用下式(35)來表示傳感器偏置電流IBR。
IBR＝ITR—ICONT ＝IS/KR-IS/A …(35) 通過將包括在式(30)～(34)內(nèi)的傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50的電流鏡比1/KO置換為1/KR，能夠同樣地求出此時(shí)的閾值點(diǎn)BRP。
ΔR/R≈1/(2×KR)-1/(2×A)≡BRP ...(36) 接著，考慮通過切換偏置電流切換電路70的開關(guān)SWO、開關(guān)SWR而制作的滯后寬度|BH|。
此時(shí)，用下式(37)表示滯后寬度|BH|。
|BH|＝|BOP-BRP＝|{1/(2×KO)—1/(2×A)}—{1/(2×KR)—1 /(2×A)}| ＝|1/(2×KO)—1/(2×KR)|…(37) 圖6示出根據(jù)上式(34)、(36)、(37)得到的閾值點(diǎn)BOP以及BRP、滯后寬度|BH|與系數(shù)1/A的關(guān)系。
在上述實(shí)施方式中求出的上式(34)、(36)、(37)以及圖6的重要點(diǎn)在于閾值點(diǎn)BOP以及BRP依賴于系數(shù)A，而滯后寬度|BH|不依賴于系數(shù)A。另外，根據(jù)上式(28)，系數(shù)A由電阻比來決定，因此能夠通過改變至少一個(gè)電阻器來改變閾值點(diǎn)。在圖3和圖4中，將電阻器RC作為可變電阻器來進(jìn)行圖示，但是也可以將電阻器RA或者電阻器RB作為可變電阻器。
另外，通過在以VCC為基準(zhǔn)的情況下改變電阻器RA、在以GND為基準(zhǔn)的情況下改變電阻器RB或電阻器RC，能夠改變閾值點(diǎn)，能夠與基準(zhǔn)電壓無關(guān)地改變閾值點(diǎn)。在此，根據(jù)式(22)、(24)，電阻器RS為依賴于系數(shù)KO、KR的系數(shù)，因此不能改變。另外，根據(jù)上式(37)可知滯后寬度|BH|不依賴于傳感器驅(qū)動(dòng)電壓VCC。
由電阻比來提供上述系數(shù)KO、KR，因此如果系數(shù)KO、KR確定，則滯后寬度|BH|確定為一個(gè)值，不存在偏差、溫度變動(dòng)、經(jīng)時(shí)變化。
因而，根據(jù)本發(fā)明的傳感器閾值電路能夠提供不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度。
[第三實(shí)施方式] (第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)) 圖7是表示本發(fā)明中的傳感器閾值電路的第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的電路圖。
該傳感器閾值電路構(gòu)成為具備四端子型傳感器10、電壓比較器20、傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30、傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50、閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60以及偏置電流切換電路70。此外，四端子型傳感器10是電阻型的四端子型傳感器，例如是霍爾元件、磁阻元件、應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器中的任意一種。
另外，在該傳感器閾值電路中，使在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50和閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生的傳感器偏置電流IB流入到四端子型傳感器10的輸出端子，利用由傳感器偏置電流IB與四端子型傳感器10的輸出端子VP的阻抗ROUT的乘積IB×ROUT引起的電壓降，在傳感器輸出VSO(＝VP-VN)上具有滯后特性。
在這種結(jié)構(gòu)的傳感器閾值電路中，使用傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路30的電阻器RS來檢測(cè)傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS，在傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/K倍(K>0)的閾值電流IT，其中，上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50由電阻器RS、通過偏置電流切換電路70的控制而被連接的電阻器RR或者電阻器RO、運(yùn)算放大器52以及PMOS晶體管51構(gòu)成。在此，根據(jù)偏置電流切換電路70的控制，K具有兩個(gè)值，傳感器偏置電流產(chǎn)生電路50產(chǎn)生兩個(gè)閾值電流ITO、ITR。
另外，在由電阻器RA、運(yùn)算放大器61、PMOS晶體管63、NMOS晶體管66以及NMOS晶體管67構(gòu)成的閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中產(chǎn)生傳感器驅(qū)動(dòng)電流IS的1/A倍(A>0)的閾值調(diào)整電流ICONT。
另外，通過在閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路60中對(duì)閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT進(jìn)行減法運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流IB。在第三實(shí)施方式中，將從閾值電流IT中減去閾值調(diào)整電流ICONT得到的電流作為傳感器偏置電流IBO來進(jìn)行說明，但是也可以將對(duì)閾值電流IT加上閾值調(diào)整電流ICONT得到的電流作為傳感器偏置電流IBO。
本實(shí)施方式的作用以及效果與第一及第二實(shí)施方式相同，因此省略。不同點(diǎn)是式(28)，但是，通過將在上式(28)中定義的1/A置換為下式(38)，能夠同樣地考慮圖7所示的傳感器閾值電路的閾值點(diǎn)BOP、閾值點(diǎn)BRP、滯后寬度|BH|。
1/A＝RS/RA …(38) 在此，為了簡(jiǎn)化說明，將NMOS晶體管66和NMOS晶體管67的大小設(shè)為相等來進(jìn)行處理。
另外，根據(jù)上式(38)，系數(shù)A由電阻比來決定，因此能夠通過改變一個(gè)電阻器來改變閾值點(diǎn)。
根據(jù)以上的結(jié)構(gòu)，與第一及第二實(shí)施方式相同，如果系數(shù)KO、KR確定則滯后寬度|BH|確定為一個(gè)值，不存在偏差、溫度變動(dòng)、經(jīng)時(shí)變化，因而，根據(jù)本發(fā)明的傳感器閾值電路，能夠提供不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度。
權(quán)利要求
1.一種傳感器閾值電路，對(duì)于傳感器的輸入而輸出具有滯后特性的數(shù)字信號(hào)，其特征在于，具備
電壓比較器，其將上述傳感器的輸出電壓二值化；
傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路，其檢測(cè)上述傳感器的驅(qū)動(dòng)電流；
傳感器偏置電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)上述電壓比較器的輸出而產(chǎn)生閾值電流，該閾值電流為由上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)出的傳感器驅(qū)動(dòng)電流的1/K倍(K>0)；以及
閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生閾值調(diào)整電流，對(duì)在上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路中產(chǎn)生的上述閾值電流進(jìn)行加減上述閾值調(diào)整電流的運(yùn)算來產(chǎn)生傳感器偏置電流，提供給上述傳感器的輸出端子，其中，上述閾值調(diào)整電流為由上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路檢測(cè)出的傳感器驅(qū)動(dòng)電流的1/A倍(A>0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
還具備偏置電流切換電路，該偏置電流切換電路根據(jù)上述電壓比較器的輸出來切換第一電阻和第二電阻，
上述傳感器偏置電流產(chǎn)生電路根據(jù)被上述偏置電流切換電路連接的第一電阻或第二電阻來產(chǎn)生上述閾值電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
上述閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路具備第一電阻器、第二和第三電阻器以及運(yùn)算放大器，當(dāng)設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RA、上述第二和第三電阻器的電阻值分別為RB、RC(RB>RC)、上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路的電阻器的電阻值為RS時(shí)，用下式表示上述1/A的值
1/A＝(RS/RA/2)×(1—RC/RB)
其中，上述第一電阻器用于以傳感器驅(qū)動(dòng)電壓為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)，上述第二和第三電阻器用于以GND為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
上述第一電阻器、上述第二電阻器、上述第三電阻器中的至少一個(gè)是可變電阻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
上述閾值調(diào)整電流產(chǎn)生電路具備第一電阻器以及運(yùn)算放大器，當(dāng)設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RA、上述傳感器驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)電路的電阻器的電阻值為RS時(shí)，用下式表示上述1/A的值
1/A＝RS/RA
其中，上述第一電阻器用于以傳感器驅(qū)動(dòng)電壓為基準(zhǔn)來改變閾值點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
上述第一電阻器是可變電阻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
設(shè)上述第一電阻器的電阻值為RO、上述第二電阻器的電阻值為RR，在僅導(dǎo)通上述第一電阻器的情況下表示為1/K＝RS/RO，在僅導(dǎo)通上述第二電阻值的情況下表示為1/K＝RS/RR。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～6中的任一項(xiàng)所述的傳感器閾值電路，其特征在于，
上述傳感器是四端子型傳感器，是霍爾元件、磁阻元件、應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器中的任意一種。
全文摘要
提供一種能夠提供不依賴于閾值點(diǎn)的變化的滯后寬度的傳感器閾值電路。通過用閾值電流IT和閾值調(diào)整電流ICONT來產(chǎn)生偏置電流IB，從而由系數(shù)K、系數(shù)A提供閾值點(diǎn)、由系數(shù)K提供滯后寬度|BH|，因此如果系數(shù)K確定則滯后寬度|BH|與系數(shù)A無關(guān)地保持固定。另外，由于系數(shù)A由電阻比來決定，因此能夠通過改變一個(gè)電阻器來改變閾值點(diǎn)。另外，如果系數(shù)K確定則滯后寬度|BH|確定為一個(gè)值，不存在偏差、溫度變動(dòng)、經(jīng)時(shí)變化。
文檔編號(hào)G01D1/18GK101548158SQ20088000100
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者吉岡沙耶香 申請(qǐng)人:旭化成電子材料元件株式會(huì)社