JPH0783699A - ホール電圧勾配により付勢されるセンサ - Google Patents

ホール電圧勾配により付勢されるセンサ

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JPH0783699A
JPH0783699A JP6158800A JP15880094A JPH0783699A JP H0783699 A JPH0783699 A JP H0783699A JP 6158800 A JP6158800 A JP 6158800A JP 15880094 A JP15880094 A JP 15880094A JP H0783699 A JPH0783699 A JP H0783699A
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Ravi Vig
ラヴィ・ヴィグ
Hitoshi Yabusaki
仁 藪崎
Alberto Bilotti
アルベルト・ビロッティ
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Allegro Microsystems LLC
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホール電圧増幅器（１１）が後に続くことが
望ましく、かつ磁石の磁極端部がホール素子に隣接して
固定されることが望ましいホール素子（１０）を含むホ
ール・センサを提供する。 【構成】 増幅器出力（１１）は、シュミット・トリガ
ー回路（２９）の１対の差分入力の一方に直接接続さ
れ、また単極性または２重極性追跡／保持回路（２１）
を介して、差動シュミット・トリガー回路入力の他方に
も接続される。２重極性追跡／保持回路は、コンデンサ
（２０）の両端の電圧をして正および負のホール電圧の
勾配を追跡させて、前記の他方のシュミット・トリガー
回路入力に与えられるホール電圧の正になるピークと負
になるピークを保持させて、ホール電圧と保持されたコ
ンデンサ電圧との間の差電圧がシュミット・トリガー回
路の正または負の閾値を越える時、シュミット・トリガ
ー回路の出力が鉄製の歯車歯の接近または離反を示す２
進状態を変化させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ホール近接検出器に関
し、特に隣接して回転する鉄の歯車の各歯の近い存在を
検出することができる付設磁石を有する鉄歯車歯のホー
ル・センサに関し、更に磁石により生じたホール信号
と、ホール素子およびホール信号増幅器におけるＤＣオ
フセットに帰因するホール信号とを含むセンサ回路内の
ホール信号のＤＣ成分を感知しながら、通過する各歯の
前後の縁部を検出することができるホール・センサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】増幅ホール信号が増幅された後、ホール
信号のＤＣ成分を取除くため高域通過フィルタの如きＡ
Ｃ結合手段により濾波される通過する磁性物品即ち鉄金
属物品を検出するホール・センサ回路を提供することは
公知である。ＤＣ成分の除去は、鉄物品がホール・セン
サ付近を通過する時に歪められた磁界を生じるため磁石
がホール・センサに取付けられ、この歪みがホール・セ
ンサにより検出されるべき時に特に必要である。
【０００３】多数のこのようなＡＣ結合ホール・センサ
が、１９８０年８月２９日発行の米国特許第４，２１
８，６５９号に開示されている。別のこのようなＡＣ結
合ホール・センサは、ホール信号経路に唯１つのフィル
タ・コンデンサを有する差動高域通過フィルタを用い、
本発明と同じ譲受人に譲渡された１９９１年１月１日発
行のＲａｍｓｄｅｎの米国特許第４，９８２，１５５号
に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高域通過フィルタを備
えたこれらのホール・センサは、フィルタ・コンデンサ
が正常な動作が進む前に適当なＤＣレベルまで充電しな
ければならない故に、電力が投入される時に不正トリガ
ー動作および不正出力を生じる傾向を有する。どんなＤ
Ｃレベルが適当であるかは、例えばパワーアップ時に最
初に存在するホール信号レベルがピーク値、即ち歯車の
歯部または谷部に帰因し得るかどうか、あるいは最初に
見出された信号レベルがどれだけ増幅器のオフセット値
を反映するかが判らない故に、検出することができな
い。この問題を解決する補助的パワーアップ急速充電回
路は知られていない。
【０００５】更に、低周波時のセンサ動作中の高域通過
フィルタ・コンデンサの電圧は、減衰してセンサ回路に
不正なトリガーを生じさせるようとする。センサが不正
な出力を生じるよりは出力を全く生じないことの方がは
るかに望ましい。
【０００６】本発明の目的は、従来技術の上記の欠点を
克服するホール・センサの提供にある。本発明の別の目
的は、ホール電圧のＤＣ成分が無視され、ホール素子お
よびホール信号増幅器のオフセットが無視され、かつ唯
１つの小さなホール信号修正コンデンサが用いられる場
合のホール信号パルスの勾配またはピークの発生を検出
することにより、ホール信号の追跡／保持回路を用いて
ホール電圧信号の前後の縁部を検出するための改善され
たホール・センサの提供にある。
【０００７】本発明の更に別の目的は、所与の低周波歯
車歯のカウント遮断点、例えば所与の最小の歯車歯の通
過速度に対する追跡／保持回路のホール信号修正経路に
おける小さなコンデンサのキャパシタンスが従来技術の
コンデンサにおいて必要とされるよりも数倍小さいよう
なセンサの提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】ホール電圧勾配で付勢す
るセンサは、コンパレータの差の入力導体間に現れる電
圧の大きさが予め定めた値を越える時にコンパレータ出
力に出力パルスを生じるための異なる入力導体対を有す
るホール検出器とコンデンサ手段とを含む。本文で用い
る用語「ホール検出器」はホール電圧を生じるよう働く
２つ以上の個々のホール素子およびホール信号増幅器を
含むことを意味する。コンパレータは、シュミット・ト
リガー回路からなるものでよい。
【０００９】第１の回路分岐手段が、ホール電圧を１つ
のコンパレータ入力導体へ印加するため、ホール素子の
出力と１つのコンパレータ入力導体との間に接続されて
いる。第２の回路分岐手段は、ホール電圧の正と負の勾
配を追跡して正になるピーク値と負になるピーク値とを
保持し、かつ別のコンパレータの入力導体へ保持された
電圧を印加するため、ホール素子の出力と別のコンパレ
ータ入力導体との間に接続されている。
【００１０】しかし、例えば、ホール・センサが歯車の
歯センサとして使用される時、第２の分岐がホール検出
器の出力と他のコンパレータの入力導体との間に接続さ
れ、かつこの分岐が、正の勾配を追跡してホール電圧の
正になるピーク値を保持するための単一電圧保持コンデ
ンサを有するプラスのホール電圧追跡／保持回路手段
と、負の勾配を追跡してホール電圧の負になるピーク値
を保持するためのマイナスのホール電圧追跡／保持回路
手段とを含む対称的２重極性追跡／保持回路からなるこ
とが望ましい。
【００１１】このプラスおよびマイナスのホール電圧追
跡／保持回路手段は、それぞれが、エミッタが電圧保持
コンデンサと接続されたバイポーラ・トランジスタと、
出力がこのトランジスタのベースと接続された演算増幅
器とからなることが望ましく、前記増幅器は、トランジ
スタのエミッタと接続された負の入力と、トランジスタ
のコレクタと接続されて各ホール電圧追跡／保持回路の
入力として働く正の入力とを有する。
【００１２】前記コンパレータは、反対の極性で等しい
値、即ち予め定めた値の動作および解放電圧を持つ対称
性の２重極性シュミット・トリガー回路でよい。
【００１３】更にまた、追跡／保持回路の後の差動コン
パレータは、１つの入力と接続されたホール電圧と他の
入力に接続された保持コンデンサ電圧との間の差に応答
する故に、前記ＤＣレベルに対してさえ通常に動作す
る。この差動コンパレータは、ホール電圧のＤＣ成分を
無視するように機能する。
【００１４】本発明のホール・センサは、鉄製の物品近
接検出器としての使用に適し、特に鉄製の歯車歯センサ
での使用に適しており、両方の場合に、このホール・セ
ンサは、集積回路に形成され、この集積回路に取付けら
れた磁極端部を有する磁石を含んでいる。一般に、付設
磁石を持つ従来技術のホール歯車歯センサのホール素子
の出力電圧波形は、歯車歯の輪郭を有する。このことは
また、本発明のホール・センサについても妥当する。し
かし、ホール信号の少なくとも一部が増幅されてシュミ
ット・トリガー回路または他のコンパレータのトリガー
のため使用される従来技術のセンサとは対照的に、本発
明の回路は、例えば、歯車歯の接近および離反と対応す
る、ホール信号の勾配の開始および終了を更に正確に検
出する追跡／保持手段を用いている。また、本発明のセ
ンサにおける単一の保持コンデンサの要求されるキャパ
シタンスおよびサイズは、従来技術のＡＣ結合されたホ
ール・センサに対して要求されるキャパシタンスおよび
サイズよりもはるかに小さい。
【００１５】
【実施例】図１において、ホール素子１０は、ホール信
号増幅器１１の入力に接続された出力を有する。増幅さ
れたホール電圧ＶaHは、上方の回路分岐１６を介して２
つの実質的に同一のシュミット・トリガー回路１４、１
５の「マイナス」入力端子に直接に接続され、かつＦＥ
Ｔスイッチ１８、１９および電圧保持コンデンサ２０を
含む下方の回路分岐を介して２つのシュミット・トリガ
ー回路１４、１５の「プラス」入力端子に接続されてい
る。下方の分岐は、対称形２重極性追跡／保持回路２１
として機能し、この回路は更に、インバータ２２と、Ａ
ＮＤゲート２４、２６と、ＮＡＮＤゲート２５と、イン
バータ２７と、ワンショット回路２８とからなるシュミ
ット・トリガー回路１４、１５の出力からのフィードバ
ック回路を含んでいる。
【００１６】ホール電圧ＶaHは、図４、図５、図６およ
び図７の時間的尺度で示される如き間隔ＬおよびＨの間
に生じる安定した無変動の非ゼロ値にある。２つのシュ
ミット・トリガー回路１４、１５からのフィードバック
を持つ追跡／保持回路は、ホール信号が、構成する対称
形差動シュミット・トリガー回路２９の閾値電圧と等し
い量だけ電圧保持コンデンサ２０における保持電圧より
大きい回路１４、１５の一方の「マイナス」入力端子に
おける電圧まで上昇する（か、あるいは低下する）毎に
短い出力パルスを生じる。
【００１７】図１のホール・センサ回路は、半径方向の
リード３６を持ち、図３に示されたように磁石３８に取
付けられたホール・センサ・パッケージ３４内に密閉さ
れている。このセンサと磁石の組合わせは固定的に取付
けられているが、鉄歯車４０は矢印４１の方向に回転し
て歯車歯４２がホール・センサ・パッケージ３４に隣接
してその間の小さな空隙５１で通過するようになってい
る。
【００１８】ホール電圧ＶaHは、図６に示される如き波
形３０を有する。ホール電圧ＶaHが例えば隣接する歯車
歯の前後の縁部の通路に対応する変化する値である時、
波形３２のコンデンサ電圧ＶCが追従し、これにより波
形３０のホール電圧ＶaHを追跡する。
【００１９】ＦＥＴスイッチ１８、１９のゲートに対す
るシュミット・トリガー回路１４、１５の出力からのフ
ィードバックが、ホール電圧ＶaHとコンデンサ電圧ＶC
間の差、即ち電圧Ｖdがいずれか一方のシュミット・ト
リガー回路の閾値電圧ｖopを越える都度、ＦＥＴスイッ
チ１８、１９をターンオンする。このように、この差電
圧は、コンデンサ保持期間Ｙ中に２つのシュミット・ト
リガー回路の入力に常に現れる。
【００２０】シュミット・トリガー回路１４は前記差電
圧Ｖdが負である時に動作し、シュミット・トリガー回
路１５は前記差電圧Ｖdが正である時に動作する。この
シュミット・トリガー回路の相違する動作および解放の
閾値電圧ｖopは図２に示され、ここで左側と右側のルー
プがそれぞれシュミット・トリガー回路１４とシュミッ
ト・トリガー回路１５に対応している。このため、ＦＥ
Ｔスイッチ１８、１９は、ホール信号が立上がりあるい
は立下がり始める毎に、短いコンデンサ充電期間だけ下
方分岐の動作可能状態を生じる。
【００２１】ホール電圧ＶaHが立上がり続ける時、差電
圧Ｖdは再びゼロ・ボルトから上昇してシュミット・ト
リガー回路の一方の動作閾値電圧ｖopを再び越え、この
状態は増幅器のホール電圧ＶaHまで電圧保持コンデンサ
２０を充電する次の期間を開始し、シュミット・トリガ
ー回路の入力差電圧Ｖdを再びゼロにする。
【００２２】２つのシュミット・トリガー回路１４、１
５からの出力信号は、それぞれパルス４３および４４か
らなり、それぞれ図４および図５に示されている。この
シュミット・トリガー回路の出力は、それぞれフリップ
フロップ４５のセットおよびリセット入力に接続されて
いる。図４に示されるように、シュミット・トリガー回
路１４からの各パルス・ストリングが歯車歯の後縁部で
始まるため、フリップフロップ４５がこれらのパルスの
最初によりセットされ、図５に示されるように、シュミ
ット・トリガー回路１５からのパルスの各ストリングは
歯車歯の前縁部で始まり、従ってフリップフロップ４５
がこれらパルスの最初のものによりリセットされる。こ
のため、フリップフロップ４５の出力は、ホール電圧Ｖ
aHの波形３０と実質的に一致し、従って前記の歯車４０
の歯４２の輪郭と一致する波形４６を持つ２進電圧であ
る。
【００２３】短い期間Ｘにおいて、電圧保持コンデンサ
２０が急速にホール信号電圧まで充電し、これによりシ
ュミット・トリガー回路１４、１５の各々の差入力にお
ける入力電圧がゼロになる。続く間隔Ｙにおいて、ＦＥ
Ｔスイッチが開路され、充電されたコンデンサ２０がホ
ール電圧を保持する。
【００２４】しかし、実際問題として、コンデンサ２０
の電荷はコンデンサ自体および他の関連する回路要素の
漏れ経路を見出す。この漏れは、図７の波形３２で示さ
れるようにコンデンサ電圧の緩やかな減少、即ち期間Ｘ
における垂下（ｄｒｏｏｐ）を生じる。保持期間中のコ
ンデンサ２０の充電の漏れおよび損失によるコンデンサ
電圧の垂下は、過剰補償される。この過剰補償電流は、
電流ソース４７および４９により与えられる。トランジ
スタ５０が補償電流の方向を制御する。
【００２５】トランジスタ５０は、フリップフロップの
出力がローである時にオフに保持され、この状態は、コ
ンデンサ２０が正になるピーク値に電圧を保持する時の
間隔と対応している。このような正になるピーク値の間
隔では、常に動作状態にある電流ソース４７からの電流
が漏れを圧倒するように設計されている。ホール電圧Ｖ
aHが負になりコンデンサ２０のコンデンサ電圧ＶCが負
になるピーク電圧に充電される負になるピーク間隔にお
いては、フリップフロップ４５からの出力はハイであ
り、トランジスタ５０はオンに保持される。このような
間隔においては、電流ソース４９が電流ソース４７の電
流の２倍の電流２Ｉを供給して、正味の電流供給源の電
流（２Ｉ−Ｉ＝Ｉ）が負の充電漏れに対する同様な過剰
補償を生じる。保持コンデンサ電圧ＶCにおける（期間
Ｘにおける）「垂下」に対する効果が図６に示される。
【００２６】図１のホール・センサに対して電力
（ＶCC）が最初にターンオンされると、電荷を保持しな
かったコンデンサ２０は急速に立上がってシュミット・
トリガー回路１４の不正トリップ動作を生じ、フリップ
フロップ４５の出力に不正出力を生じる結果となる。こ
れはパワーアップ・リセット回路２９により防止され、
これによりワンショット回路３１が供給電圧ＶCCの上昇
を検出してトランジスタ３３を瞬時にターンオンするパ
ルスを生じ、供給電圧が保持コンデンサ２０の全充電値
に達するのに充分な長さでこのコンデンサを短絡する。
【００２７】次に、図８の能動形ピーク検出器につい
て、入力信号Ｖinが正になるパルスである時、増幅器５
２の出力は正になりＮＰＮトランジスタ５３をターンオ
ンして入力パルスの立上がり部分におけるコンデンサ５
４の両端の電圧に入力電圧ＶINを追跡させ、その後のピ
ーク・パルス電圧を保持させる。
【００２８】図９の勾配で付勢されるホール電圧検出器
は、２重極性追跡／保持ピーク検出器を含み、これにお
いては入力ホール信号電圧ＶaHが図８の正の勾配アクテ
ィブ状態ピーク検出器へ与えられ、また増幅器５６、ト
ランジスタ５７および同電圧追跡／保持コンデンサ５４
からなる相補型負勾配アクティブ状態ピーク検出器へも
与えられる。
【００２９】電流ソース５８および５９は、図１のホー
ル検出器回路における電流ソース４７、４９と似た方法
でコンデンサ５４からの漏れ電流を補償するため、適当
な電流をコンデンサ５４へ供給し、図１におけるトラン
ジスタ６０は、図１の電流ソース４９をトランジスタ５
０がスイッチ・イン／アウトするように、電流ソース５
９をスイッチ・イン／アウトするよう働く。
【００３０】ホール入力電圧ＶaHは、コンデンサ５４を
含む２つの追跡／保持回路からなる回路分岐を介して、
シュミット・トリガー回路６２の１つの差分入力に印加
される。このホール入力電圧ＶaHはまた、本例では別の
分岐回路と見做される導体６３を介してシュミット・ト
リガー回路６２の他の差分入力へも直接に印加される。
図９のホール電圧検出回路の２進出力導体６４は、シュ
ミット・トリガー回路６２の出力である。出力６４は、
トランジスタ・スイッチ６０へ、また直接に増幅器５６
の使用可能入力６５および増幅器５２の使用可能入力６
６へ２進信号インバータ６７を介してフィードバックさ
れる。
【００３１】増幅器５２および５６は、共通入力を有
し、これら増幅器が必要とされる時にのみ動作可能状態
にされる。ヒステリシスＶHを持つ差動シュミット・ト
リガー回路は、正になるホール電圧の間トランジスタ・
スイッチ５３がオンでありトランジスタ・スイッチ５７
がオフであるように、かつ負になるホール電圧ＶaHの間
トランジスタ・スイッチ５７がオンでありトランジスタ
・スイッチ５３がオフであるように、適当なピーク検出
器を交互に動作可能状態にすることができる。
【００３２】正になるホール電圧の間、増幅器５２がオ
ンでありトランジスタ・スイッチ５３がオンであり、電
圧追跡／保持コンデンサ５４の両端の電圧ＶCをホール
入力電圧ＶaHに略々等しく保持する。ホール入力電圧Ｖ
aHが負になってＶCより多く低下すると、シュミット・
トリガー回路はトリップ動作（ｔｒｉｐ）して増幅器５
２を不動作状態にしかつトランジスタ・スイッチ５３を
ターンオフするが、増幅器５６は動作可能状態にしてＰ
ＮＰトランジスタ５７をターンオンする。コンデンサ電
圧が再び正になるまで、このコンデンサ電圧は放電して
ホール入力電圧ＶaHを追跡する。この時、シュミット・
トリガー回路は逆方向にトリップし、このサイクルが以
降の各パルスに対して反復する。歯車の歯の検出のため
使用される時、２進出力電圧ＶOUTは、歯車歯の通過お
よび歯車歯間の「谷」の通過と対応して高低に変動す
る。
【００３３】安定性の改善は、図９におけるように図８
に示された形式の追跡／保持回路を用いる代わりに、図
１０に示された形式の追跡／保持回路が用いられる、図
１１の勾配で付勢されるホール・センサを用いて得られ
る。
【００３４】図１１の勾配で付勢されるホール電圧検出
器においては、ホール入力電圧ＶaHが電圧フォロワ増幅
器７８の入力に対する入力導体７６で導入される。この
ホール入力電圧ＶaHは、抵抗７９の追加により修正され
る図１０の正になる追跡／保持回路へ印加される。
【００３５】ホール信号電圧ＶaHはまた、増幅器８０、
抵抗８１、トランジスタ８３および同じ電圧追跡／保持
コンデンサ５４からなる負になる追跡／保持回路へも印
加される。漏れ補償回路は、ダーリントン（Ｄａｒｌｉ
ｎｇｔｏｎ）接続されたトランジスタ・スイッチ８４、
８６、および抵抗８８、８９、９０および９１からなっ
ている。
【００３６】図１１のホール・センサにおいては、ホー
ル入力電圧ＶaHが、電圧フォロワ増幅器９５と電圧追跡
／保持コンデンサ５４とを含む２つの追跡／保持回路か
らなる回路分岐を介して、シュミット・トリガー回路９
２の１つの差分入力に直接印加される。電圧フォロワ増
幅器９５は、保持コンデンサの充電電流の低インピーダ
ンス供給源を提供することにより充電時間を短縮するた
めに付設される。ホール入力電圧ＶaHはまた、本例では
別の分岐回路と見做される導体９３を介してシュミット
・トリガー回路９２の他の差分入力へも直接に印加され
る。図１１のホール電圧検出回路の２進出力導体６４
は、シュミット・トリガー回路９２の出力である。導体
９４からの出力電圧Ｖoutは、この出力電圧Ｖoutがロー
である時に関連する正になる追跡／保持回路を遮断して
不動作状態にするため、トランジスタ９６を介してトラ
ンジスタ・スイッチ５３のベースへフィードバックされ
る。同様に、出力電圧Ｖoutは、この出力電圧Ｖoutがハ
イである時に関連する負になる追跡／保持回路を遮断し
て不動作状態にするため、トランジスタ９９を介してト
ランジスタ８３のベースへフィードバックされる。
【００３７】増幅器１０１、ＮＰＮトランジスタ１０３
およびコレクタ抵抗１０５を含む能動形電圧フォロワ回
路が、追跡／保持トランジスタ５３のコレクタにおける
ホール入力電圧ＶaHに対する低インピーダンス・クラン
プを提供し、同様に、増幅器１０７、ＰＮＰトランジス
タ１０９およびコレクタ抵抗１１１を含む能動形電圧フ
ォロワ回路が、追跡／保持トランジスタ８３のコレクタ
におけるホール入力電圧ＶaHに対する低インピーダンス
・クランプを提供する。
【００３８】図１０の追跡／保持回路は、トランジスタ
・スイッチ５３のコレクタが増幅器５２の入力信号導体
６９に接続されかつ入力信号Ｖinがコレクタ供給電圧と
して働くことを除いて、図８の追跡／保持回路と同一で
ある。
【００３９】図１２の保持コンデンサの電圧波形７４
は、新規な能動形ピーク検出器の平滑で更に正確な性能
を表わし、その単純な事例が図１０に示されており、こ
の性能の改善は図１１のホール・センサにおいて使用さ
れる新規なピーク検出器の相補型対に帰因する。トラン
ジスタ５３、８３に対するコレクタ供給電圧は、常にホ
ール入力電圧ＶaHと略々等しい。コンデンサ電圧（波形
７４）は、波形７０におけるピークの後ホール電圧ＶaH
が方向を変えるまで、ホール入力電圧ＶaHを緊密に追跡
する。この時、このピーク信号電圧は、信号電圧ＶaHが
シュミット・トリガー回路９２のヒステリシス（＋Ｖｔ
または−Ｖｔ）と等しい量だけコンデンサの保持電圧Ｖ
Cと充分に異なるよう変化するまでは短期間保持され、
この時シュミット・トリガー回路がトリップされ２進出
力が状態を変化する。
【００４０】出力が切換わるまで保持コンデンサ電圧Ｖ
Cをこのような緊密な追跡状態に保持することにより、
図１１のホール・センサにおいて用いられる追跡／保持
回路は、Ｒａｍｓｄｅｎ特許のＡＣ結合回路または高域
通過フィルタを用いる従来技術の回路におけるように２
つの隣接する歯車歯の通過間の時間だけ電荷を保持する
コンデンサを必要としない。また、「歯車」が唯１つの
歯を持つカムである場合には、カムの完全な１回転の間
電圧ＶCを保持するコンデンサは必要でない。その代わ
り、１つの歯の通過時間のみ電荷を保持するために保持
コンデンサが必要とされる。このことは、所与の最小の
歯車歯通過速度に対する保持コンデンサの大きさおよび
キャパシタンスを実質的に減じる。
【００４１】図１１に示された全体回路は、シュミット
・トリガー回路９２を除いて、対称形２重極性追跡／保
持回路１１０であることが判る。図１１のホール・セン
サの機能試験の実施において、最小の歯車速度は、２ミ
リメートルの空隙（例えば、図３の５１）で８．３回転
／分であり、保持コンデンサ５４のキャパシタンスは
０．３３マイクロファラッドであり、先に述べたＲａｍ
ｓｄｅｎ特許の単一コンデンサ・フィルタで必要とされ
たものの約１０分の１である。
【００４２】図１３の集積回路ホール・センサ１３４
は、本願と同じ譲受人に譲渡された１９９１年９月３日
発行のＲ．Ｖｉｇの米国特許第５，０４５，９２０号に
より更に記載される形式の双対ホール素子磁界検出器１
３６を用いている。
【００４３】前記ホール素子磁界検出器１３６において
は、２つのホール素子１３８、１３９の出力がそれぞれ
２つの線形ホール電圧増幅器１４１、１４２の入力に接
続され、増幅器１４１、１４２の出力は、減算回路１４
５の入力に接続されている。この減算回路１４５、即ち
ホール検出器電圧ＶaHの供給源からの出力は、対称形差
動シュミット・トリガー回路１５０の負の入力に直接接
続され、また２重極性追跡／保持回路１５５の入力に接
続されている。この追跡／保持回路１５５は、例えば、
図１１に示された追跡／保持回路（１１０）と同一でよ
い。回路１５５の出力は、シュミット・トリガー回路の
正の入力に接続されている。このシュミット・トリガー
回路の出力は、集積されたホール・センサの出力として
供され、また２つの相補型極性ピーク検出器を交互に動
作可能状態にするため追跡／保持回路１５５へ導体１５
７を介して内部的に接続されている。
【００４４】図１３に示される如き回路は、５０ｍｍの
直径の鉄製歯車を用いて構成されテストされ、種々の歯
形状、例えば、大小の歯、大小の歯間隔を持つように図
１４に示される。ホール素子１３８、１３９間の間隔
は、中心で２．２ｍｍであった。ホール素子間および回
転する歯車歯の間隔は１ｍｍであった。
【００４５】このような条件下で、ホール素子間の磁界
の差分ΔＧ、即ち、図１５に示された磁界の勾配は、適
正な動作のために必要な勾配よりもやや大きい、即ち、
歯車の回転角度当たり約３ガウスより大きい。対応する
保持コンデンサ電圧ＶCは、図１７に示されている。ホ
ール検出器の感度（ＶaH／ΔＧ）は２ｍｖ／ΔＧであ
り、シュミット・トリガー回路１５０の対称的な動作電
圧および解放電圧は５０ｍｖである。適正な動作は、図
１４の通過する歯車歯の輪郭と一致する図１８の出力電
圧ＶOUTの波形により示される。保持コンデンサ１５６
のキャパシタンスが０．３３マイクロファラッドであれ
ば、１０乃至８０００ｒｐｍの歯車回転速度に対して信
頼し得る動作が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の勾配で付勢されるホール・セン
サを示す回路図である。
【図２】図１において用いられたシュミット・トリガー
回路対に対して重畳されたヒステリシス・ループ、即
ち、差の入力の関数としてのシュミット回路の出力電圧
のプロットを示すグラフである。
【図３】本発明の勾配で付勢されるホール・センサの重
要な使用法を示す、隣接する回転歯車と共に図１の固定
的に取付けられたホール・センサを示す側面図である。
【図４】図１の勾配で付勢されるホール・センサにおけ
る２つのシュミット・トリガー回路の他方の出力におけ
る電圧を示す波形４３を示すグラフである。
【図５】図１の勾配で付勢されるホール・センサにおけ
る２つのシュミット・トリガー回路の他方の出力におけ
る電圧の波形４４を示すグラフである。
【図６】図４および図５に示された波形と対応するホー
ル信号増幅器の出力における図１のセンサにおけるホー
ル電圧の波形３０を示し、かつこの波形３０に保持コン
デンサ電圧ＶCの波形３２が重畳された状態をも示すグ
ラフである。
【図７】図４、図５および図６における波形が同じ時間
的尺度に対して示される、これらの図の波形と対応する
図１のホール・センサの出力の波形４６を示すグラフで
ある。
【図８】従来の能動形ピーク検出器を示す回路図であ
る。
【図９】図８に示された形式の従来の能動形ピーク検出
器対を用いる、２重極性追跡／保持回路である、本発明
の第２の勾配で付勢されるホール・センサの概略回路図
である。
【図１０】本発明の勾配で付勢されるホール・センサに
おいて使用される追跡／保持回路として改善された性能
を有する能動形ピーク検出器を示す回路図である。
【図１１】図１０に示された形式の新規なピーク検出器
対を用いる２重極性追跡／保持回路を備えた本発明の第
２の勾配で付勢されるホール・センサを示す回路図であ
る。
【図１２】図１０に示された形式のピーク検出器を用い
る図１１のホール・センサにおける保持コンデンサ電圧
ＶCの波形７４が重畳されたホール検出器電圧ＶaHの波
形７０を示すグラフである。
【図１３】２素子ホール検出器を備え、図１０に示され
た形式の検出器対を用いる２重極性追跡／保持回路を備
えた本発明の第３の勾配で付勢されるホール・センサを
示すブロック図である。
【図１４】鉄製歯車の一部の断面を示す輪郭図である。
【図１５】図１４の歯車の回転角度の関数として図１３
のホール・センサにおけるホール素子の１つにおける磁
界を示すグラフである。
【図１６】図１３のホール・センサに対するシュミット
回路の差入力電圧を示すグラフである。
【図１７】図１４の歯車の回転角度の関数として図１３
のホール・センサにおける保持コンデンサ電圧ＶC（実
線）に重畳されたホール電圧ＶaHを示すグラフである。
【図１８】図１４の歯車の回転角度の関数として図１３
のホール・センサにおける出力電圧（ＶOUT）を示すグ
ラフである（図１４乃至図１８は同じ横軸方向尺度で描
かれる）。
【符号の説明】
１０ ホール素子 １１ ホール信号増幅器 １４ シュミット・トリガー回路 １５ シュミット・トリガー回路 １６ 上方の回路分岐 ２０ 電圧保持コンデンサ ２１ 対称形２重極性追跡／保持回路 ２８ ワンショット回路 ２９ 対称形差動シュミット・トリガー回路 ３１ ワンショット回路 ３４ ホール・センサ・パッケージ ３８ 磁石 ４０ 鉄歯車 ４２ 歯 ４７ 電流ソース ４９ 電流ソース ５１ 空隙 ５２ 増幅器 ５４ 同電圧追跡／保持コンデンサ ５６ 増幅器 ５８ 電流ソース ５９ 電流ソース ６０ トランジスタ・スイッチ ６２ シュミット・トリガー回路 ６７ ２進信号インバータ ７８ 電圧フォロワ増幅器 ８０ 増幅器 ８３ 追跡／保持トランジスタ ９２ シュミット・トリガー回路 ９５ 電圧フォロワ増幅器 １０１ 増幅器 １０７ 増幅器 １１０ 対称形２重極性追跡／保持回路 １３４ 集積回路ホール・センサ １３６ 双対ホール素子磁界検出器 １３８ ホール素子 １３９ ホール素子 １４１ 線形ホール電圧増幅器 １４２ 線形ホール電圧増幅器 １４５ 減算回路 １５０ 対称形差動シュミット・トリガー回路 １５５ ２重極性追跡／保持回路
フロントページの続き (72)発明者 藪崎 仁 東京都文京区湯島２−27−４ 湯島台レジ デンス201号 (72)発明者 アルベルト・ビロッティ アルゼンティン共和国フロリダ 1602，エ メ・ハエド 2551

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）少なくとも１つのホール素子を含む
    ホール検出器と、 ｂ）出力を持ちかつ１つ及び別の差分入力導体を持ち、
    該差分入力導体間に現れる電圧の大きさが予め定めた大
    きさを越える時、１つの２進レベルから他のレベルまで
    変化する２進出力電圧を生じるコンパレータ手段と、 ｃ）前記ホール検出器の出力と前記１つのコンパレータ
    入力導体との間に接続され、前記ホール検出器の出力に
    おけるホール電圧を前記１つのコンパレータ入力導体へ
    印加する第１の回路分岐手段と、 ｄ）前記ホール検出器出力と前記別のコンパレータ入力
    導体との間に接続されて、正の勾配を追跡して前記検出
    器出力におけるホール電圧の以降の正になるピークを保
    持し、かつ前記の保持された電圧を前記別のコンパレー
    タ入力導体へ印加する第２の回路分岐手段とを備え、正
    になるホール電圧ピークが降下し始めた後、前記ホール
    電圧と前記の保持された電圧との間の増加する差分が前
    記コンパレータの前記の予め定めた大きさを越えるよう
    にし、かつ結果として生じるコンパレータ出力パルス
    が、前記ホール素子における周囲磁界の強さにおける変
    化の始めを表示するようにすることを特徴とするホール
    電圧勾配センサ。
  2. 【請求項２】 前記第２の回路分岐手段が、負の勾配を
    追跡して該ホール電圧の負になるピークを保持する電圧
    保持コンデンサを含むプラスのホール電圧追跡／保持回
    路手段からなることを特徴とする請求項１記載のホール
    ・センサ。
  3. 【請求項３】 前記第２の回路分岐手段が、正の勾配を
    追跡して前記ホール電圧の正になるピークを保持する電
    圧保持コンデンサを有するプラス・ホール電圧保持回路
    手段と、負の勾配を追跡して前記ホール電圧の負になる
    ピークを保持する前記電圧保持コンデンサを含みかつ共
    有するマイナス・ホール電圧追跡／保持回路手段とを含
    む対称形２重極性追跡／保持回路からなっていることを
    特徴とする請求項１記載のホール・センサ。
  4. 【請求項４】 前記コンパレータが、反対の極性と等し
    い値、即ち前記の予め定めた値の動作／解放電圧を有す
    る対称形２重極性シュミット・トリガー回路であること
    を特徴とする請求項３記載のホール・センサ。
  5. 【請求項５】 前記プラスおよびマイナスのホール電圧
    追跡／保持回路手段が、前記電圧保持コンデンサと接続
    されたエミッタを持つバイポーラ・トランジスタと、該
    トランジスタのベースと接続された出力を持つ差動演算
    増幅器とからなり、該トランジスタのエミッタが前記増
    幅器の負の入力に接続され、前記増幅器の正の入力が、
    前記ホール電圧が印加されるべき前記各ホール電圧追跡
    ／保持回路手段の入力として供されることを特徴とする
    請求項３記載のホール・センサ。
  6. 【請求項６】 前記バイポーラ・トランジスタのコレク
    タが、前記各追跡／保持回路手段における前記演算増幅
    器の前記正の入力に接続されていることを特徴とする請
    求項５記載のホール・センサ。
  7. 【請求項７】 前記ホール・センサが集積回路チップで
    形成され、前記ホール検出器が、該チップの表面内に離
    間された２つの実質的に同じホール素子と、前記２つの
    ホール素子の出力にそれぞれ接続された２つの入力を有
    し、かつ前記２つのホール素子の出力電圧間の差分に比
    例するホール電圧を生成するための前記ホール検出器出
    力として働く出力を有する差分電圧回路手段とを含むこ
    とを特徴とする請求項３記載のホール・センサ。
  8. 【請求項８】 前記差分電圧回路手段が、それぞれ前記
    ホール素子の一方および他方の出力に接続された入力を
    有する２つのホール電圧増幅器を含み、前記差分電圧回
    路手段が、前記ホール電圧増幅器の出力に接続されて、
    前記２つのホール電圧増幅器の出力にそれぞれ現れる電
    圧間の差であるホール電圧を特に生成することを特徴と
    する請求項７記載のホール・センサ。
  9. 【請求項９】 ａ）ホール素子と、 ｂ）前記ホール素子が取付けられる磁極端部を有する磁
    石と、 ｃ）前記ホール素子の出力に接続されたホール電圧増幅
    器と、 ｄ）反対の極性と等しい値の正と負の閾値電圧を有する
    対称形差分シュミット・トリガー回路とを備え、該シュ
    ミット・トリガー回路が、前記１つの極性と前記他方の
    極性とにそれぞれ対応する第１および第２の入力導体を
    有し、 ｅ）前記増幅器の出力と前記第１の入力導体との間に直
    接接続された第１の回路分岐と、 ｆ）前記シュミット・トリガー回路の出力に接続され、
    かつ前記増幅器出力と前記第２のシュミット・トリガー
    回路の入力導体との間に接続された第２の回路分岐とを
    備え、該第２の回路分岐が第１および第２の追跡／保持
    回路手段を含む２重極性追跡／保持回路からなり、 前記第１の追跡／保持回路手段が、前記ホール電圧の勾
    配が正である各期間中に前記ホール電圧を追跡し、かつ
    前記第１のホール電圧が降下し始めて、前記第１および
    第２のシュミット・トリガー回路の導体間の電圧差が該
    シュミット・トリガー回路の閾値値に達するまで、正に
    なるピークにホール電圧を保持して、前記シュミット・
    トリガー回路をトリガーして、前記第１の追跡／保持回
    路を不動作状態にしかつ前記第２の追跡／保持回路手段
    を動作可能状態にする１つのレベルの２進出力パルスを
    生成し、 前記第２の追跡／保持回路手段が、前記ホール電圧の勾
    配が負である各期間中該ホール電圧を追跡し、かつ該ホ
    ール電圧が上昇し始めて前記第１および第２のシュミッ
    ト・トリガー回路間の電圧差が該シュミット・トリガー
    回路の閾値電圧に達するまで、前記ホール電圧を負にな
    るピークに保持し、前記シュミット・トリガー回路をト
    リガーして前記第２の追跡／保持回路手段を不動作状態
    にしかつ前記第１の追跡／保持回路手段を動作可能状態
    にする他のレベルで２進出力パルスを生成し、 鉄製の歯車の歯が前記第１のホール素子を通過する時、
    前記シュミット・トリガー回路の出力電圧が前記の通過
    する歯車歯の輪郭と時間的に対応する波形を持つように
    する、ことを特徴とするホール電圧の勾配で付勢される
    歯車歯センサ。
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