偏移消除電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種偏移消除電路。該偏移消除電路包括第一放大部、第二放大部、連接在第一放大部的反相輸入端和第二放大部的反相輸入端之間的第三電阻器以及電流源。在偏移消除電路中，電流源使得恒定電流流動通過第三電阻器以從第一和第二放大部的輸出信號中消除偏移電壓，該恒定電流對應于包含在從橋接電阻型傳感器輸出的第一和第二輸出信號中的偏移電壓。
【專利說明】偏移消除電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及偏移消除電路，該偏移消除電路能夠消除包含在通過橋連接多個電阻元件所配置的橋接電阻型傳感器的輸出信號中的偏移電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，多個GMR元件(巨磁阻效應元件)橋連(例如，JP-A-2007-212275)的磁性傳感器是已知的。在GMR兀件中，根據(jù)外部磁場，自由層的磁化方向相對于釘扎層的固定的磁化方向相對地旋轉(zhuǎn)，使得電阻被改變。當將注意力集中于GMR元件的電特性上時，GMR元件是一種電阻元件。因此，在多個GMR元件構(gòu)成橋接電路的情況下，可以通過橋接電路的兩個中點節(jié)點的電勢平衡的改變來感測外部磁場。
[0003]但是，GMR元件在電阻上是分散的。因此，在沒有施加外部磁場的狀態(tài)下，橋接電路的兩個中點節(jié)點之間的電勢差不會變?yōu)榱?，并且生成偏移電壓。因此，當要通過磁性傳感器的輸出來測量外部磁場時，必須消除偏移電壓。
[0004]圖4示出相關(guān)的偏移消除電路95的一個示例。相關(guān)的偏移消除電路95包括分別連接至通過橋連四個GMR元件91、92、93、94所構(gòu)成的磁性傳感器90的兩個中點節(jié)點a、b的電流源96、97。電流源96、97使得預設(shè)定的恒定電流11、12分別流過橋接電路中的兩個中點節(jié)點a、b，由此消除出現(xiàn)跨輸出端子A、B的偏移電壓Voff。因為GMR元件91至94的電阻的分散可以被預先測量，即偏移消除電路95基于預先測量的分散來調(diào)整在電流源96、97中產(chǎn)生的電流I1、12，并且生成與橋接電路中的分散相對應的壓降，以消除偏移電壓Voff。
[0005]但是，在相關(guān)的偏移消除電路95中，通過CMOS工藝在半導體芯片上形成用于使得電流流過磁性傳感器90的電流源96、97，并且因此用于在電流源96、97中生成恒定電流的內(nèi)部電阻的材料與恒定電流所流過的GMR元件91至94的那些不同。因此，GMR元件91至94的電阻展現(xiàn)出與電流源96、97的那些不同的溫度特性。因此，當溫度改變時，電流源96、97中生成的電流I1、12具有偏離足以消除GMR元件91至94的電阻的分散的值的值。因此，相關(guān)的偏移消除電路95的問題在于其難以在任意溫度范圍中充分地生成與橋接電路中的電阻分散相對應的壓降，并且僅能在特定溫度下消除偏移電壓Voff。
[0006]這種問題不限于通過橋連多個GMR元件91至94所配置的磁性傳感器90，但是這種問題也會施加到多個電阻元件被橋連的橋接電阻型傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]已經(jīng)采取本公開內(nèi)容以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。本公開內(nèi)容的一個目的在于提供一種偏移消除電路，其中在不受構(gòu)成橋接電路的電阻元件的溫度特性的影響下，可以充分地消除由電阻元件的分散所生成的偏移電壓。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本公開，提供了一種用于消除包含在橋接電阻型傳感器的輸出信號中的偏移電壓的偏移消除電路，該橋接電阻型傳感器具有多個以橋式連接方式連接的電阻元件，該偏移消除電路包括:[0009]第一放大部，該第一放大部被配置成在第一放大部的非反相輸入端子處接收從橋接電阻型傳感器輸出的第一輸出信號并且對該第一輸出信號進行放大，其中第一電阻器被插入在第一負反饋路徑中，第一負反饋路徑將第一放大部的輸出端子連接到第一放大部的反相輸入端子；
[0010]第二放大部，該第二放大部被配置成在第二放大部的非反相輸入端子處接收從橋接電阻型傳感器輸出的第二輸出信號，并且對該第二輸出信號進行放大，其中，第二電阻器被插入在第二負反饋路徑中，該第二負反饋路徑將第二放大部的輸出端子連接到第二放大部的反相輸入端子；
[0011]第三電阻器，該第三電阻器被連接在第一放大部的所述反相輸入端子和第二放大部的所述反相輸入端子之間；以及
[0012]電流源，該電流源使得恒定電流流動通過第三電阻器，
[0013]其中電流源使得恒定電流流動通過第三電阻器，以從第一放大部和第二放大部的輸出信號中消除偏移電壓，恒定電流對應于包含在從橋接電阻型傳感器輸出的第一輸出信號和第二輸出信號中的偏移電壓。
[0014]根據(jù)本公開，沒有電流流動通過構(gòu)成橋接電路的電阻元件，并且因此，能夠在不受電阻元件的溫度特性的影響的情況下，充分消除由電阻元件的分散所生成的偏移電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過參考附圖詳細說明本公開的優(yōu)選示例性實施例，將使本公開的上述目的和優(yōu)點變得更加顯而易見，其中:
[0016]圖1是示出包括偏移消除電路的傳感器電路的配置的電路圖；
[0017]圖2是示出偏移消除電路的主要部分的放大圖；
[0018]圖3是示出根據(jù)修改實施例的偏移消除電路的主要部分的放大圖；以及
[0019]圖4是不出相關(guān)的偏移消除電路的不例的不意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將參考附圖詳細說明本公開的優(yōu)選實施例。下述實施例中共有的元件由相同的附圖標記表示，并且將省略其重復說明。
[0021]圖1是示出包括本公開的偏移消除電路9的傳感器電路I的配置的電路圖。傳感器電路I包括傳感器部2、偏移消除電路9以及AD (模/數(shù))轉(zhuǎn)換器5。
[0022]傳感器部2包括用于在彼此正交的三個方向上感測外部磁場的三個磁性傳感器3a、3b、3c，并且被配置為使得磁性傳感器3a、3b、3c分別感測不同方向上的外部磁場。傳感器部2以時分方式將三個磁性傳感器3a、3b、3c順序地逐個轉(zhuǎn)換成測量模式，并且從一對輸出端子A、B輸出處于測量模式的磁性傳感器3a、3b或3c的輸出信號。
[0023]磁性傳感器3a構(gòu)成通過橋連每一個都由GMR元件形成的四個電阻元件8a、Sb、Sc、8d來配置的橋接電阻型傳感器3。即，電阻元件8a、8b的接合點連接至參考電壓Vref，并且電阻元件8c、8d的接合點接地。電阻元件8b、8d的接合點用作橋接電路的一個中點節(jié)點a，并且電阻元件8a、8c的接合點用作橋接電路的另一中點節(jié)點b。磁性傳感器3a具有用于將橋接電路的兩個中點節(jié)點a、b分別連接至該對輸出端子A、B的開關(guān)S1、SI。[0024]類似地，磁性傳感器3b構(gòu)成通過橋連每一個都由GMR元件形成的四個電阻元件8e、8f、8g、8h來配置的另一橋接電阻型傳感器3，并且具有用于將橋接電路的兩個中點節(jié)點a、b分別連接至該對輸出端子A、B的開關(guān)S2、S2。而且，磁性傳感器3c構(gòu)成通過橋連每一個都由GMR元件形成的四個電阻元件81、8j、8k、8m來配置的又一橋接電阻型傳感器3，并且具有用于將橋接電路的中點節(jié)點a、b分別連接至該對輸出端子A、B的開關(guān)S3、S3。
[0025]傳感器部2將磁性傳感器3a、3b、3c中部署的開關(guān)對S1、S2、S3中的一個選擇性地設(shè)定為閉合狀態(tài)，由此將磁性傳感器3a、3b、3c順序轉(zhuǎn)換成測量模式。在各個磁性傳感器3a、3b、3c中，當設(shè)定為測量模式時，將通過對應的電阻元件劃分參考電壓Vref所獲得的中點節(jié)點a，b的電勢分別輸出至輸出端子A、B。此時，當外部磁場施加至各個磁性傳感器3a、3b,3c時，構(gòu)成橋接電路的GMR元件的電阻根據(jù)外部磁場而改變，并且因此與外部磁場相對應的電勢差在兩個輸出端子A、B之間產(chǎn)生。但是,從傳感器部2的輸出端子A、B輸出的輸出信號不僅包含與外部磁場相對應的電勢差，而且還包含由構(gòu)成橋接電路的GMR元件的電阻分散所造成的偏移電壓Voff。
[0026]偏移消除電路9接收從傳感器部2的該對輸出端子A、B輸出的輸出信號，消除包含在輸出信號中的偏移電壓Voff,并且僅放大和輸出與外部磁場相對應的信號分量。偏移消除電路9包括放大從傳感器部2輸出的輸出信號的放大部4、生成恒定電流的電流源6以及控制電流源6的控制電路7。在這些部件中，至少放大部4和電流源6通過CMOS工藝而形成在同一半導體芯片上。
[0027]放大部4包括用作放大從傳感器部2供應至輸出端子A的輸出信號的第一放大部的運算放大器11、以及用作放大從傳感器部2供應至輸出端子B的輸出信號的第二放大部的運算放大器12。運算放大器11、12構(gòu)成儀器放大器。在運算放大器11中，第一電阻器13被插入在下述負反饋路徑中，在該負反饋路徑中，運算放大器11的輸出端子和反相輸入端子彼此連接，從傳感器部2輸出至輸出端子A的第一輸出信號Sa被輸入到運算放大器11的非反相輸入端，并且輸出運算放大器11的輸出信號Vol。在運算放大器12中,第二電阻器14被插入在下述負反饋路徑中，在該負反饋路徑中，運算放大器12的輸出端子和反相輸入端子彼此連接，從傳感器部2輸出至輸出端子B的第二輸出信號Sb輸入到運算放大器12的非反相輸入端子，并且輸出運算放大器12的輸出信號Vo2。第一和第二電阻器13、14具有相同的電阻值R。放大部4還包括第三電阻器15。運算放大器11、12的反相輸入端通過第三電阻器15彼此連接。第三電阻器15具有電阻值r。
[0028]電流源6使得恒定電流流動通過放大部4的第三電阻器15。在該實施例中，分別生成相同電流的兩個電流源6a、6b被布置為電流源6。一個電流源6a被布置在參考電壓Vref和第三電阻器15的一端之間，生成用于消除包含在從傳感器部2的輸出端子A、B輸出的輸出信號中的偏移電壓Voff的恒定電流,并且將恒定電流輸出至第三電阻器15的一端。另一電流源6b被布置在第三電阻器15的另一端和接地端之子間，生成用于消除從傳感器部2的輸出端子A、B輸出的輸出信號中包含的偏移電壓Voff的恒定電流，并且將恒定電流輸出至接地端子。因此，通過一個電流源6a供應至第三電阻器15的一端的電流通過另一電流源6b從第三電阻器15的另一端吸收，并且因此通過電流源6a、6b產(chǎn)生的恒定電流僅流動通過放大部4的第三電阻器15?？梢哉{(diào)整電流源6a、6b中生成的恒定電流的值。
[0029]控制電路7控制兩個電流源6a、6b中生成的恒定電流，以便于具有預定值。控制電路7保持通過預先測量由上述三個磁性傳感器3a、3b、3c的電阻元件8a至Sm的電阻分散所造成的偏移電壓Voff而獲得的測量值，并且當各個磁性傳感器3a、3b、3c都處于測量模式時，基于測量值來控制電流源6a、6b中生成的恒定電流，以便于具有預定值。
[0030]AD轉(zhuǎn)換器5將從偏移消除電路9的放大部4輸出的輸出信號Vol、Vo2轉(zhuǎn)換成具有預定比特數(shù)的相應數(shù)字信號DSl、DS2，并且輸出該數(shù)字信號。
[0031]以下將說明偏移消除電路9的操作。圖2是放大地示出偏移消除電路9的主要部分的示意圖。如圖2中所示，假設(shè)偏移電壓Voff出現(xiàn)在傳感器部2的輸出端子A、B之間，供應至傳感器部2的輸出端子A的輸出信號是(Vl+Voff)，并且供應至輸出端子B的輸出信號是V2。此時，控制電路7控制電流源6a、6b，使得為了消除偏移電壓Voff，恒定電流I流動通過第三電阻器15。而且，此時，運算放大器11、12操作為使得電流i流動通過第一、第二和第三電阻器13、14、15中的每一個。
[0032]運算放大器11操作為使反相輸入端子和非反相輸入端的電勢彼此相等。因此，第一和第三電阻器13、15的接合點的電勢是(Vl+Voff)。類似地，運算放大器12操作為使反相輸入端子和非反相輸入端子的電勢彼此平衡。因此，第三和第二電阻器15、14的接合點的電勢是V2。由于分別流動通過第一、第二和第三電阻器13、14、15的電流和電勢差之間的關(guān)系而導致以下三個公式由此是成立的。
[0033]Vo1-(Vl+Voff) =Ri (公式 I)
[0034]V2-Vo2=Ri(公式 2)
[0035]Vl+Voff-V2=r(l+i)( 公式 3)
[0036]當從上述三個公式獲得運算放大器11、12的差分輸出(Vol_Vo2)時，以下公式4是成立的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于消除包含在橋接電阻型傳感器的輸出信號中的偏移電壓的偏移消除電路，所述橋接電阻型傳感器具有以橋連接進行連接的多個電阻元件，所述偏移消除電路包括: 第一放大部，所述第一放大部被配置成在所述第一放大部的非反相輸入端子處接收從所述橋接電阻型傳感器輸出的第一輸出信號，并且對所述第一輸出信號進行放大，其中，第一電阻器被插入在第一負反饋路徑中，所述第一負反饋路徑將所述第一放大部的輸出端子連接到所述第一放大部的反相輸入端子； 第二放大部，所述第二放大部被配置成在所述第二放大部的非反相輸入端子處接收從所述橋接電阻型傳感器輸出的第二輸出信號，并且對所述第二輸出信號進行放大，其中，第二電阻器被插入在第二負反饋路徑中，所述第二負反饋路徑將所述第二放大部的輸出端子連接到所述第二放大部的反相輸入端子； 第三電阻器，所述第三電阻器被連接在所述第一放大部的所述反相輸入端子和所述第二放大部的所述反相輸入端之間；以及 電流源，所述電流源使得恒定電流流動通過所述第三電阻器， 其中，所述電流源使得所述恒定電流流動通過所述第三電阻器，以從所述第一放大部和第二放大部的輸出信號中消除所述偏移電壓，所述恒定電流對應于包含在從所述橋接電阻型傳感器輸出的所述第一輸出信號和第二輸出信號中的所述偏移電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏移消除電路，其中，所述電流源具有內(nèi)部電阻，所述內(nèi)部電阻生成所述恒定電流，并且所述內(nèi)部電阻由與所述第一電阻器至第三電阻器的材料相同的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏移消除電路，其中，在相同半導體芯片上形成所述電流源以及所述第一電阻器至第三電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏移消除電路，進一步包括: 控制部，所述控制部被配置成控制所述電流源， 其中，基于通過預先測量從所述橋接電阻型傳感器輸出的所述第一輸出信號和第二輸出信號的所述偏移電壓獲得的測量值，所述控制部控制所述電流源以調(diào)整流動通過所述第三電阻器的所述恒定電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的偏移消除電路，其中，所述橋接電阻型傳感器和其他橋接電阻型傳感器被選擇性地連接到所述第一放大部和第二放大部的所述非反相輸入端子；并且 其中，基于通過預先測量從所述橋接電阻型傳感器輸出的所述第一輸出信號和第二輸出信號的所述偏移電壓獲得的測量值，所述控制部控制所述電流源以根據(jù)所述橋接電阻型傳感器中的所選擇的一個來調(diào)整流動通過所述第三電阻器的所述恒定電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的偏移消除電路，其中，所述橋接電阻型傳感器的所述多個電阻元件是巨磁阻效應元件。
【文檔編號】G05F1/56GK103792981SQ201310525982
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月30日
【發(fā)明者】宮崎雅人, 前島利夫 申請人:雅馬哈株式會社