霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法

技术领域

本发明涉及一种霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法，更详细 地说，涉及一种能够同时校正施加于霍尔元件的应力的影响和温度的影响的 霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法。

背景技术

以往，作为内置有霍尔元件的磁传感器半导体集成电路，已知有检测电 流所产生的磁场的电流传感器、检测磁体的旋转的旋转角传感器、检测磁体 的移动的位置传感器等。

已知这种霍尔元件的磁灵敏度根据温度的变化而变化。因此，为了高精 度地校正霍尔元件的磁灵敏度，而需要对温度的影响进行校正。并且，已知 霍尔元件的磁灵敏度不仅受温度影响，还根据应力的不同而发生变化(压电 霍尔效应)。

图1是将磁传感器的半导体集成电路封装密封后的截面结构图。形成为 如下的结构：在引线框1上具有嵌入有霍尔元件2的磁传感器的半导体集成电 路3且在其周围设置有模制树脂4。在该结构中，由于硅、引线框1以及模制 树脂4等的热膨胀系数不同，因此在包含硅表面上在内的各处产生应力。并 且，该应力根据使用环境的温度、湿度等变化而产生变化。因此，产生了磁 传感器的半导体集成电路的磁灵敏度根据使用环境的不同而发生变化这样 的问题。

针对像这样的磁传感器的半导体集成电路的磁灵敏度根据使用环境的 不同而发生变化的问题，例如在专利文献1中公开了以下技术：利用霍尔元 件的偏移(offset)的变化检测应力的变化来校正磁灵敏度。

并且，例如在专利文献2中公开了以下技术：利用霍尔元件的电阻值(霍 尔电阻值)的变化检测应力的变化并反馈到霍尔元件的驱动电流(霍尔驱动电 流)中来校正磁灵敏度。

另外，例如在专利文献3至专利文献5以及非专利文献1中公开了以下技 术：除霍尔元件外还使用应力检测元件，根据其应力检测结果来校正磁灵敏 度。

另外，例如在专利文献6中还公开了以下方法：通过研究封装材料、封 装结构来降低对霍尔元件施加的应力。

另外，针对霍尔元件的磁灵敏度根据温度的变化而变化的问题，例如在 专利文献7中公开了以下技术：通过具备对霍尔元件的电源电压进行控制的 单片微型计算机来校正磁灵敏度。

专利文献1：美国专利第6362618号说明书(B2)

专利文献2：美国专利第6483301号说明书(B2)

专利文献3：美国专利第6906514号说明书(B2)

专利文献4：美国专利第7437260号说明书(B2)

专利文献5：美国专利第7302357号说明书(B2)

专利文献6：日本特开2008-292182号公报

专利文献7：日本特开2009-139213号公报

非专利文献1：IEEE Sensors Jouranal,Vol.,No.11,November2007Udo  Ausserlechner,Mario Motz,Michael Holliber著

非专利文献2：Piezo-Hall Coefficients of n-type Silicon,J.Appl.Phys.， vol.64,pp.276-282,1988.B.Halg著

发明内容

发明要解决的问题

关于上述的各先行技术文献进行说明来说明本发明要解决的课题。

首先，专利文献1所示的技术涉及如下一种电路结构：通过被设置成依 照斩波时钟对以霍尔驱动电流通电的端子对和从霍尔元件检测霍尔电动势 的端子对进行选择的斩波开关的连接切换，来分时检测霍尔电动势和霍尔元 件的偏移，由此不仅获取霍尔电动势，还获取与霍尔元件中的应力相关的信 息。

图2是表示霍尔元件的桥模型和应力的方向的图，示出了霍尔元件的偏 移与应力的关系。能够使用一般的桥模型来说明霍尔元件。在该桥模型中， 在使电流沿图2所示的箭头方向流动时，偏移电压用相向的端子间的电压差 (V₁-V₃)表示。桥路电阻Rb₁、Rb₂、Rb₃、Rb₄根据应力σ_X、σ_Y的不同而变化， 能够用下面的(1)式表示。

[数1]

Rb₁＝Rb₁₀(1+π_L(T)σ_x+π_T(T)σ_Y)

Rb₂＝Rb₂₀(1+π_L(T)σ_y+π_T(T)σ_x)

…(1)

Rb₃＝Rb₃₀(1+π_L(T)σ_x+π_T(T)σ_Y)

Rb₄＝Rb₄₀(1+π_L(T)σ_y+π_T(T)σ_x)

π_L：与电流流动方向平行的压电电阻系数

π_T：与电流流动方向垂直的压电电阻系数

Rb₁₀：应力为0时的桥路电阻Rb₁的电阻值

Rb₂₀：应力为0时的桥路电阻Rb₂的电阻值

Rb₃₀：应力为0时的桥路电阻Rb₃的电阻值

Rb₄₀：应力为0时的桥路电阻Rb₄的电阻值

利用该(1)式，能够通过下面的(2)式来表示偏移电压(V₁-V₃)。

[数2]

$\left(\begin{array}{c}\left(\begin{array}{cc}{V}_1=\frac{{\mathrm{Rb}}_4}{{\mathrm{Rb}}_1+{\mathrm{Rb}}_4}\mathrm{Vd}& V_3=\frac{{\mathrm{Rb}}_3}{{\mathrm{Rb}}_2+{\mathrm{Rb}}_3}\mathrm{Vd}\end{array}\right)\\ V_1-V_3=(\frac{{\mathrm{Rb}}_4}{{\mathrm{Rb}}_1+{\mathrm{Rb}}_4}-\frac{{\mathrm{Rb}}_3}{{\mathrm{Rb}}_2+{\mathrm{Rb}}_3})\mathrm{Vd}\end{array}\right)···\left(2\right)$

在此，为使计算简单，当利用下面的(3)式进行计算时，偏移电压(V₁-V₃) 能够用下面的(4)式表示。

[数3]

Rb₁₀＝Rb₂₀＝Rb₃₀＝Rb₄₀＝Rb₀…(3)

[数4]

$\left(\begin{array}{c}{V}_1-V_3=(\frac{{\mathrm{Rb}}_4}{{\mathrm{Rb}}_1+{\mathrm{Rb}}_4}-\frac{{\mathrm{Rb}}_3}{{\mathrm{Rb}}_2+{\mathrm{Rb}}_3})\mathrm{Vd}\\ =(\frac{{\mathrm{Rb}}_0(1+{\pi }_L\left(T\right){\sigma }_y+{\pi }_T\left(T\right){\sigma }_x)}{{\mathrm{Rb}}_0(2+({\sigma }_x+{\sigma }_y)({\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)))}-\frac{{\mathrm{Rb}}_0(1+{\pi }_L\left(T\right){\sigma }_x+{\pi }_T\left(T\right){\sigma }_y)}{{\mathrm{Rb}}_0(2+({\sigma }_x+{\sigma }_y)({\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_r\left(T\right)))})\mathrm{Vd}\\ =\frac{({\sigma }_x-{\sigma }_y)({\pi }_T\left(T\right)-{\pi }_L\left(T\right))}{(2+({\sigma }_x+{\sigma }_y)({\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)))}\end{array}\right)···\left(4\right)$

根据上述(4)式，能够利用霍尔元件的偏移求出包含应力σ_X和σ_Y在内的 值。在下面的(5)式中示出霍尔电动势和霍尔元件的磁灵敏度。SI(T,σ)是霍尔 元件的磁灵敏度，依赖于温度(T)和应力(σ)。如从下面的(5)式可知，为了校 正磁灵敏度的应力依赖性，需要应力σ₁和σ₂之和。应力是张量，很难根据上 述(4)式求出应力σ₁和σ₂之和。因此，在上述的专利文献1中，很难校正磁灵 敏度的应力依赖性。

[数5]

V_H＝SI(T，σ)×I×B：霍尔电动势

ST(T，σ)＝α_SI(T)SI₀(T₀)(1+P₁₂(σ₁+σ₂))：磁灵敏度

α_SI(T)：磁灵敏度的温度特性…(5)

SI₀(T₀)：温度T₀、应力＝0时的磁灵敏度

P₁₂：压电霍尔系数

接着，使用图3和图4说明上述的专利文献2的应力校正方法。

图3是用于说明霍尔元件的驱动例的电路结构图，图4的(a)、(b)是用于说 明针对两个方向的电流方向的霍尔电阻值的图。

在下面的(6)式和(7)式中示出图3所示的霍尔电动势V_H和霍尔元件的磁 灵敏度。

[数6]

V_H＝SI(T，σ)×I×B：霍尔电动势

…（6）

[数7]

SI＝α_SI(T)SI₀(T₀)(1+α_PH(σ))

α_PH(σ)＝P₁₂(σ₁+σ₂)

…(7)

α_SI(T)：磁灵敏度的温度特性

SI₀(T₀)：温度T₀、应力＝0时的磁灵敏度

与霍尔元件的磁灵敏度同样地，霍尔电阻值也依赖于温度(T)和应力(σ)， 利用压电电阻系数π_L和π_T，能够如下面的(8)式那样表示图4所示的霍尔电阻 值R₁和R₂。

[数8]

R₁＝α_R(T)R₀₁(T₀)(1+π_Lσ₁+π_Tσ₂)

R₂＝α_R(T)R₀₂(T₀)(1+π_Lσ₂+π_Tσ₁)

$\frac{R_1+R_2}{2}\approx {\alpha }_R\left(T\right)R_0\left(T_0\right)(1+{\alpha }_{\mathrm{PR}}\left(\sigma \right))$

…(8)

${\alpha }_{\mathrm{PR}}\left(\sigma \right)=\frac{{\pi }_L+{\pi }_T}{2}({\sigma }_1+{\sigma }_2)$

α_R(T)：霍尔元件电阻的温度特性

R₀(T₀)：温度T₀、应力＝0时的霍尔元件电阻值

在上述的专利文献2中，由于使霍尔驱动电流为与两个方向的霍尔电阻 值的平均值成比例的值，因此利用上述(8)式得到下式。

[数9]

I＝G（T）×α_R（T）I₀（1+α_PR（σ））

…（9）

G（T）：比例系数

当将上述(7)式和(9)式代入到(6)式时，得到下面的(10)式。

[数10]

V_H＝SI(T，σ)×I×B

＝α_SI(T)SI₀(T₀)(1+α_PH(σ))×G(T)α_R(T)I₀(1+α_PR(α))×B…(10)

＝G(T)α_SI(T)α_R(T)×(1+α_PH(σ))(1+α_PR(σ))×SI₀(T₀)I₀B

在上述的专利文献2中，如上述(10)式那样，通过使霍尔驱动电流与两个 方向的霍尔电阻值成比例，来校正应力的影响，但是为了使(10)式恒定，需 要下面的(11)式和(12)式成立。

[数11]

$G\left(T\right)=\frac{1}{{\alpha }_{\mathrm{SI}}\left(T\right){\alpha }_R\left(T\right)}···\left(11\right)$

[数12]

(1+α_PH(σ))(1+α_PR(σ))＝1…(12)

在上述的专利文献2中，由于没有温度传感器，因此需要保持上述(11) 式的温度依赖性来作为霍尔驱动电流的温度特性，但是为具有高阶系数的函 数而很难保持，从而难以确保精度。

并且，关于上述(12)式，也如上述的专利文献2所记载的那样，以下式为 前提，

[数13]

${\alpha }_{\mathrm{PR}}\left(\sigma \right)=-{\alpha }_{\mathrm{PH}}\left(\sigma \right)\Rightarrow {-P}_{12}={\pi }_L+{\pi }_T····\left(13\right)$

但是，实际上即使在室温下也是-P₁₂≈π_L+π_T，如果温度发生变化，上述(13) 式的关系也不成立。

图5是表示上述(12)式的左边的计算结果的图。如从该图5可知那样，在 α_PR(σ)、α_PH(σ)的绝对值小时，(12)式的左边为接近于1的值，但在α_PR(σ)、α_PH(σ) 的绝对值大时，上述(12)式的左边越来越偏离1。这表示在应力的绝对值大时， 上述(12)式不成立，应力的校正效果显著恶化。

也就是说，上述的专利文献2中的磁灵敏度的校正的精度低，并且校正 有效的应力范围也窄。

接着，上述的专利文献3公开了与具有检测磁场信号之类物理量信号的 传感器功能的半导体集成电路相关的技术。在该专利文献3中，为了对由于 半导体集成电路、特别是被封入到封装的半导体集成电路中所产生的应力的 影响而在传感器功能中产生的传感器信号检测的检测误差进行校正，而示出 了如下一种半导体集成电路的结构：使用与具有传感器功能的物理量检测部 分开设置的应力检测元件来检测上述的应力，根据其应力检测结果控制上述 应力对传感器功能的影响，最终降低由于上述应力引起的传感器信号检测的 误差。

接着，上述的专利文献4针对由于具有传感器功能的半导体集成电路的 内部的应力而产生的传感器信号检测的检测误差公开了一种对该检测误差 进行补偿来降低该检测误差的概念。该专利文献4中所公开的技术的具体的 内容是：通过将从对上述应力具有灵敏度的上述第一、第二元件分别输出的 依赖于上述应力的信号进行组合，来控制上述应力对半导体集成电路的输出 信号的影响。

接着，上述专利文献5针对由于具有传感器功能的半导体集成电路的内 部的应力而产生的传感器信号检测的检测误差公开了一种对该检测误差进 行补偿来降低该检测误差的概念。该专利文献5所示的技术的特征在于，使 用与具有传感器功能的物理量检测部分开设置的两个应力检测元件。在该专 利文献5中，通过将从这两个元件得到的两个信号组合，能够高精度地检测 与上述应力相关的信息。

接着，上述的非专利文献1示出了以下电路：在使用形成在硅(100)表面 上的半导体集成电路来实现霍尔元件的情况下，对由于半导体集成电路的内 部的应力而产生的霍尔元件的磁灵敏度的变动进行补偿。在此，通过将N型 扩散电阻和P型扩散电阻这样的对应力具有灵敏度的两个元件组合来检测上 述应力。

另外，在非专利文献1所示的技术中，为了检测作用于被嵌入在半导体 集成电路的内部的霍尔元件的应力，准备了N型扩散电阻和P型扩散电阻。不 仅是非专利文献1，关于上述的专利文献3、专利文献4、专利文献5，在这些 文献中公开的技术也是使用配置在半导体集成电路中的与传感器部分不同 的位置的应力检测元件来检测半导体集成电路的内部的应力。

也就是说，在上述的专利文献3、专利文献4、专利文献5以及非专利文 献1所记载的方法中，忽略了由于霍尔元件的位置不同而产生的应力差。并 且，由于将应力检测元件与霍尔元件分开放置而产生布局面积的增大、消耗 电流的增加。

接着，上述的专利文献6公开了一种通过研究封装来降低施加于传感器 的应力的方法。该技术对封装形状、大小进行规定，是使用范围受限的方法。

接着，上述的专利文献7公开了霍尔元件的磁灵敏度的温度依赖性的方 法，但是无法校正应力依赖性。

这样，在上述的现有技术中，在如专利文献1和专利文献2所示的方法那 样从一个霍尔元件测量磁灵敏度和应力信号的情况下，存在应力校正的精度 低这样的问题。并且，如专利文献3、专利文献4、专利文献5以及非专利文 献1所示的方法那样通过使霍尔元件和应力检测元件分离而能够提高应力校 正的精度，但存在布局面积增大、消耗电流增加这样的问题。

并且，对于针对霍尔元件的磁灵敏度的应力依赖性和温度依赖性两方都 有效的技术，在上述的现有技术中没有任何公开。

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种使用温度传感 器和一个霍尔元件来抑制布局面积的增大、消耗电流的增加并通过进行应力 校正和温度校正来更简单地、高精度地校正霍尔元件的磁灵敏度的霍尔电动 势校正装置以及霍尔电动势校正方法。

用于解决问题的方案

本发明是为达到这样的目的而完成的，本发明的霍尔电动势校正装置具 有：霍尔元件(11)，其产生霍尔电动势；以及校正信号生成部(20)，其生成用 于校正该霍尔元件的霍尔电动势的信号，该霍尔电动势校正装置的特征在 于，上述校正信号生成部(20)根据与上述霍尔元件的不同端子间的电阻值相 应的信息和上述霍尔元件的温度信息来生成用于校正上述霍尔元件的霍尔 电动势的信号。(图6；实施例1)

特征还在于，具备霍尔电动势校正部(19)，该霍尔电动势校正部(19)根 据来自上述校正信号生成部的校正信号，对基于上述霍尔电动势的物理量进 行校正。

特征还在于，上述校正信号生成部根据与上述霍尔元件的磁灵敏度温度 特性相关的信息来生成用于校正上述霍尔元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，上述校正信号生成部根据与上述霍尔元件的电阻值的温度 特性相关的信息来生成用于校正上述霍尔元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，上述校正信号生成部根据与上述霍尔元件的压电系数的温 度特性相关的信息来生成用于校正上述霍尔元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，与上述霍尔元件的压电系数的温度特性相关的信息是与上 述霍尔元件的压电霍尔系数的温度特性相关的信息和/或与上述霍尔元件的 压电电阻系数的温度特性相关的信息。

特征还在于，还具备与上述霍尔元件的第一电极、第二电极、第三电极 以及第四电极连接的斩波开关(12)，该斩波开关构成为通过斩波驱动来在上 述第一电极与上述第二电极间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流(I)，从 上述第一电极与上述第二电极间测量上述霍尔电阻值(V_R)，在上述第二电极 与上述第四电极间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流，从上述第一电极 与上述第三电极间测量上述霍尔电动势(V_H)。(图17、图18；实施例5)

特征还在于，还具备：霍尔电动势测量部(14)，其测量上述霍尔元件的 霍尔电动势(V_H)；霍尔电阻测量部(13)，其测量上述霍尔元件的不同端子间 的电阻值(V_R)，输出与该电阻值相应的信息；以及温度测量部(15)，其测量 上述霍尔元件的环境温度，输出上述霍尔元件的温度信息。

特征还在于，还具备由上述霍尔电阻测量部(13)、上述霍尔电动势测量 部(14)以及上述温度测量部(15)共享的A/D转换电路(31)。(图12；实施例2)

特征还在于，上述霍尔电阻测量部测量具有十字型形状的霍尔元件的不 同端子间的电阻值。

特征还在于，上述温度测量部是温度传感器。

特征还在于，上述校正信号生成部具备校正系数运算电路(21)。

特征还在于，利用驱动上述霍尔元件的霍尔驱动电流源(23)的电流，根 据来自上述校正系数运算电路(21)的校正系数来对上述霍尔电动势进行校 正。(图13；实施例3)

特征还在于，设置将来自上述霍尔电动势测量部的霍尔电动势放大的放 大电路(33)，利用该放大电路的放大率，根据来自上述校正系数运算电路的 校正系数来对上述霍尔电动势进行校正。(图15；实施例4)

特征还在于，在上述霍尔电动势测量部的后级设置应力校正电路(41)和 温度校正电路(42)，根据来自上述校正系数运算电路的应力校正系数和温度 校正系数对上述霍尔电动势进行校正。(图19；实施例6)

另外，本发明的霍尔电动势校正方法是霍尔电动势校正装置中的霍尔电 动势校正方法，该霍尔电动势校正装置具有产生霍尔电动势的霍尔元件以及 生成用于校正该霍尔元件的霍尔电动势的信号的校正信号生成部，该霍尔电 动势校正方法的特征在于，在利用上述校正信号生成部的校正信号生成步骤 中，根据与上述霍尔元件的不同端子间的电阻值相应的信息和上述霍尔元件 的温度信息来生成用于校正上述霍尔元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，根据来自上述校正信号生成部的校正信号，通过霍尔电动 势校正部对基于上述霍尔电动势的物理量进行校正。

特征还在于，在利用上述校正信号生成部的校正信号生成步骤中，根据 与上述霍尔元件的磁灵敏度温度特性相关的信息来生成用于校正上述霍尔 元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，在利用上述校正信号生成部的校正信号生成步骤中，根据 与上述霍尔元件的电阻值的温度特性相关的信息来生成用于校正上述霍尔 元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，在利用上述校正信号生成部的校正信号生成步骤中，根据 与上述霍尔元件的压电系数的温度特性相关信息来生成用于校正上述霍尔 元件的霍尔电动势的信号。

特征还在于，与上述霍尔元件的压电系数的温度特性相关的信息是与上 述霍尔元件的压电霍尔系数的温度特性相关的信息和/或与上述霍尔元件的 压电电阻系数的温度特性相关的信息。

特征还在于，还设置与上述霍尔元件的第一电极、第二电极、第三电极 以及第四电极连接的斩波开关，该斩波开关构成为通过斩波驱动在上述第一 电极与上述第二电极间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流，从上述第一 电极与上述第二电极间测量上述霍尔电阻值，在上述第二电极与上述第四电 极间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流，从上述第一电极与上述第三电 极间测量上述霍尔电动势。

特征还在于，还具有以下步骤：霍尔电动势测量步骤，测量上述霍尔元 件的霍尔电动势；霍尔电阻测量步骤，测量上述霍尔元件的不同端子间的电 阻值，输出与该电阻值相应的信息；以及温度测量步骤，测量上述霍尔元件 的环境温度，输出上述霍尔元件的温度信息。

特征还在于，利用共享的A/D转换电路来分时测量上述霍尔电阻测量步 骤的电阻值、上述霍尔电动势测量步骤的霍尔电动势以及上述温度测量步骤 的温度值。

特征还在于，在上述霍尔电阻测量步骤中，测量具有十字型形状的霍尔 元件的不同端子间的电阻值。

特征还在于，在上述温度测量步骤中，利用温度传感器进行测量。

特征还在于，在上述校正信号生成部的校正信号生成步骤中，通过校正 系数运算电路生成校正信号。

特征还在于，利用驱动上述霍尔元件的霍尔驱动电流源的电流，根据来 自上述校正系数运算电路的校正系数来对上述霍尔电动势进行校正。

特征还在于，设置将来自上述霍尔电动势测量步骤的霍尔电动势放大的 放大电路，利用该放大电路的放大率，根据来自上述校正系数运算电路的校 正系数来对上述霍尔电动势进行校正。

特征还在于，在通过上述霍尔电动势测量步骤对霍尔电动势的测量的后 级设置应力校正电路和温度校正电路，根据来自上述校正系数运算电路的应 力校正系数和温度校正系数来对上述霍尔电动势进行校正。

发明的效果

根据本发明，由于能够同时校正施加于霍尔元件的应力的影响和温度的 影响，因此能够实现使用温度传感器和一个霍尔元件来抑制布局面积的增 大、消耗电流的增加并通过进行应力校正和温度校正来更简单地、高精度地 校正霍尔元件的磁灵敏度的霍尔电动势校正装置以及霍尔电动势校正方法。

附图说明

图1是将磁传感器的半导体集成电路封装密封后的截面结构图。

图2是表示霍尔元件的桥模型和应力的方向的图。

图3是用于说明霍尔元件的驱动例的电路结构图。

图4的(a)、(b)是用于说明针对两个方向的电流方向的霍尔电阻值的图。

图5是表示(12)式的左边的计算结果的图。

图6是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例1的结构 框图。

图7表示图6所示的霍尔元件的外形例的图。

图8是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段1)的电路结构图。

图9是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段2)的电路结构图。

图10是表示用于说明图6所示的校正系数运算电路的霍尔电动势校正方 法的流程的图。

图11是图6所示的校正系数运算电路的具体的结构框图。

图12是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例2的结构 框图。

图13用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例3的结构框 图。

图14是图13所示的霍尔驱动电流源的结构图。

图15是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例4的结构 框图。

图16是图15所示的放大电路的结构图。

图17是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例5的结构 框图，且是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段1；霍尔电阻值测量)的电路结构 图。

图18是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例5的结构 框图，且是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段2；霍尔电动势测量)的电路结构 图。

图19是用于说明本发明涉及的霍尔电动势校正装置的实施例6的结构框 图。

图20是表示依赖于图19中的温度和应力的磁灵敏度图像的图。

图21是表示将图19中的应力校正为0的情况的图。

图22是表示图19中的应力为0时的磁灵敏度图像的图。

图23是表示霍尔元件的外形形状的图。

图24是表示用于说明与本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例1 相当的霍尔电动势校正方法的流程的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的各实施例。

实施例1

图6是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例1的结构 框图，图中的附图标记11表示霍尔元件，12表示斩波开关，13表示霍尔电阻 测量部(A/D转换电路)，14表示霍尔电动势测量部(A/D转换电路)，15表示温 度传感器(温度测量部)，16表示A/D转换电路，19表示霍尔电动势校正部， 20表示校正信号生成部，21表示校正系数运算电路，22表示霍尔电动势校正 电路，23表示霍尔驱动电流源，24表示磁灵敏度温度特性信息存储部，25表 示电阻值温度特性信息存储部，26表示压电系数温度特性存储部。

本发明的霍尔电动势校正装置构成为基于对霍尔元件11的磁灵敏度产 生影响的应力和温度来对霍尔电动势进行应力校正和温度校正，该霍尔电动 势校正装置具有产生霍尔电动势的霍尔元件11以及生成用于校正该霍尔元 件11的霍尔电动势的信号的校正信号生成部20。

校正信号生成部20根据与霍尔元件11的不同端子间的电阻值相应的信 息和霍尔元件11的温度信息，生成用于校正霍尔元件11的霍尔电动势的信 号，并具备校正系数运算电路21。

另外，本发明的霍尔电动势校正装置具备霍尔电动势校正部19，该霍尔 电动势校正部19根据来自校正信号生成部20的校正信号，对基于霍尔电动势 的物理量进行校正。

另外，校正信号生成部20根据与霍尔元件11的磁灵敏度温度特性相关的 信息，生成用于校正霍尔元件11的霍尔电动势的信号，还根据与霍尔元件11 的电阻值的温度特性相关的信息，生成用于校正霍尔元件11的霍尔电动势的 信号，并且还根据与霍尔元件11的压电系数的温度特性相关的信息，生成用 于校正霍尔元件11的霍尔电动势的信号。

另外，霍尔电阻测量部13测量霍尔元件11的不同端子间的霍尔电阻值 V_R。另外，霍尔电动势测量部14测量霍尔元件11的霍尔电动势V_H。并且， 温度测量部15测量霍尔元件11的环境温度。

另外，霍尔电动势校正部19由校正系数运算电路21和霍尔电动势校正电 路22构成，根据由霍尔电阻测量部13得到的霍尔电阻值V_R和温度测量部17 的温度输出值T来对基于霍尔电动势V_H的物理量进行校正。基于霍尔电动势 V_H的该物理量不仅包含霍尔电动势V_H，基于V_H＝SI(T,σ)×I×B，还包含霍尔 元件的磁灵敏度SI(T,σ)、霍尔驱动电流I以及磁场B。

还具备霍尔元件11和驱动该霍尔元件11的霍尔驱动电流源23，并具备用 于对霍尔元件11进行斩波驱动的开关群即斩波开关12。

另外，磁灵敏度温度特性信息存储部24存储与霍尔元件11的磁灵敏度温 度特性相关的信息，校正信号生成部20使用与霍尔元件11的磁灵敏度温度特 性相关的信息来校正霍尔电动势。

另外，电阻值温度特性信息存储部25存储与霍尔元件11的电阻值的温度 特性相关的信息，校正信号生成部20使用与霍尔元件11的电阻值的温度特性 相关的信息来校正霍尔电动势。

另外，压电系数温度特性存储部26存储霍尔元件11的压电系数的温度特 性，校正信号生成部20使用与霍尔元件11的压电系数的温度特性相关的信息 生成用于校正霍尔电动势的信号。

在本实施例1中，在压电系数温度特性存储部26中存储有与霍尔元件11 的压电霍尔系数的温度特性相关的信息和与压电电阻系数的温度特性相关 的信息，校正信号生成部20使用与霍尔元件11的压电霍尔系数的温度特性相 关的信息和与压电电阻系数的温度特性相关的信息生成用于校正霍尔电动 势的信号。压电系数设为包含压电霍尔系数和压电电阻系数。

图7是表示图6所示的霍尔元件的外形例的图。通过斩波开关12来控制电 极1至电极4的连接。霍尔元件11的霍尔电阻值V_R和霍尔电动势V_H分别被供 给到模拟/数字转换电路(A/D转换电路)。

图8是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段1)的电路结构图，图9是用于说明 霍尔元件的驱动例(阶段2)的电路结构图。如图8(阶段1)和图9(阶段2)所示那 样一边进行斩波驱动一边向A/D转换电路供给霍尔电阻值V_R和霍尔电动势 V_H。

也就是说，在图8所示的阶段1中，当在电极1与电极3之间施加霍尔驱动 电压来供给霍尔驱动电流I时，从电极1与电极3之间测量霍尔电阻值V_R，从 电极2与电极4之间测量霍尔电动势V_H。接着，在图9所示的阶段2中，在电极 2与电极4之间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流I，从电极2与电极4之 间测量霍尔电阻值V_R，从电极1与电极3之间测量霍尔电动势V_H。

还具备温度传感器和将温度传感器的输出转换为数字信号的A/D转换电 路16，将霍尔电阻值V_R和温度的数字信号T供给到校正信号生成部20的校正 系数运算电路21。霍尔电动势V_H和霍尔电阻值V_R能够用下面的(14)式表示。

[式14]

V_H＝SI(T，σ)×I×B：霍尔电动势

SI(T，σ)＝α_SI(T)SI₀(1+P₁₂(T)(σ₁+σ₂))：霍尔元件的磁灵敏度

…（14）

α_SI（T）：霍尔元件的磁灵敏度温度特性

P₁₂(T)：压电霍尔系数

SI₀：应力＝0、基准温度下的霍尔元件的磁灵敏度

[式15]

R₁＝α_R(T)R₀(1+π_L(T)σ₁+π_T(T)σ₂)：阶段1时的霍尔电阻值

R₂＝α_R(T)R₀(1+π_L(T)σ₂+π_T(T)σ₁)：阶段2时的霍尔电阻值

α_R(T)：霍尔元件的电阻值的温度特性··（15）

π_L（T)：压电电阻系数(与电流平行的分量)

π_T(T)：压电电阻系数(与电流垂直的分量)

R₀：应力＝0、基准温度下的霍尔电阻值

上述的阶段1和阶段2时的霍尔电阻值如图8和图9那样是驱动霍尔元件 时的霍尔电阻值。

当将上述(15)式变形时，能够如下面的(16)式那样求出两个方向的应力 分量之和。

[式16]

$({\sigma }_1+{\sigma }_2)=\frac{1}{{\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)}\frac{R_1+R_2-{2\alpha }_R\left(T\right)R_0}{{\alpha }_R\left(T\right)R_0}···\left(16\right)$

硅(100)表面上的压电霍尔系数和压电电阻系数在上述的非专利文献2中 已告知，是已知的值，在下面的表1中示出。

[表1]

并且，霍尔元件的磁灵敏度的温度特性(α_SI)、霍尔电阻值的温度特性 (α_R)、基准磁灵敏度(SI₀)以及基准霍尔电阻值(R₀)是能够在封装前的检查中测 量的值，在能够允许样本偏差的情况下，也可以是预先测量出的代表值。霍 尔驱动电流也能够在出厂前的检查中测量。

另外，与磁灵敏度的温度特性(α_SI)和霍尔电阻值的温度特性(α_R)相关的 信息可以是“以公式的形式保存”、“以表的形式保存”中的任一个形式。

这样，(14)～(16)式中的参数值全部是已知或能够测量的值，因此能够准 确地计算磁灵敏度。由于能够准确地计算磁灵敏度，因此能够检测准确的磁 场。

具体地说，当利用(14)式、(16)式时，磁场B能够通过(17)式和(18)式表 示。

[式17]

$\left(\begin{array}{c}B=\frac{V_H(=\mathrm{SI}(T,\sigma )\times I\times B)}{I}\times \frac{1}{\mathrm{SI}(T,\sigma )}=\frac{V_H}{K}\\ K\equiv \mathrm{SI}(T,\sigma )\times I\end{array}\right)···\left(17\right)$

[式18]

$\left(\begin{array}{c}K=\mathrm{SI}(T,\sigma )\times I={\alpha }_{\mathrm{SI}}\left(T\right){\mathrm{SI}}_0(1+P_{12}\left(T\right)({\sigma }_1+{\sigma }_2))\times I\\ ={\alpha }_{\mathrm{SI}}\left(T\right){\mathrm{SI}}_0(1+\frac{P_{12}\left(T\right)}{{\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)}\frac{R_1+R_2-{2\alpha }_R\left(T\right)R_0}{{\alpha }_R\left(T\right)R_0})\times I\\ ={\alpha }_{\mathrm{SI}}\left(T\right){\mathrm{SI}}_0(1+Q\left(T\right)\frac{R_1+R_2-{2\alpha }_R\left(T\right)R_0}{{\alpha }_R\left(T\right)R_0})\times I\\ Q\left(T\right)=\frac{P_{12}\left(T\right)}{{\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)}\end{array}\right)---\left(18\right)$

此外，(18)式中的α_SI(T)SI₀部分表示温度校正系数K_T、 1+Q(T)(R₁+R₂-2α_R(T)R₀)/α_R(T)R₀部分表示应力校正系数K_σ。

在图6所示的校正系数运算电路21中计算上述(18)式中的校正系数K。能 够使用在该校正系数运算电路21中计算出的校正系数K，对霍尔元件11的霍 尔电动势的由于应力和温度所引起的变动量进行校正，从而求出准确的磁场 B。

图10是表示用于说明图6所示的校正系数运算电路的霍尔电动势校正方 法的流程的图。

首先，在图8所示的阶段1中，测量霍尔电阻值R₁并测量霍尔电动势V_H(步 骤S1)。接着，将霍尔电阻值R₁输入到A/D转换电路，将霍尔电动势V_H输入到 A/D转换电路，并以数字信号来保持数据(步骤S2)。接着，在图9所示的阶段 2中，测量霍尔电阻值R₂并测量霍尔电动势V_H(步骤S3)。接着，将霍尔电阻 值R₂输入到A/D转换电路，将霍尔电动势V_H输入到A/D转换电路，并以数字 信号来保持数据(步骤S4)。另外，将通过温度传感器15测量出的温度值T输 入到A/D转换电路16，并以数字信号来保持数据(步骤S5)。

接着，对校正信号生成部20的校正系数运算电路21输入霍尔电阻值R₁、 霍尔电阻值R₂以及温度值T来计算校正系数K(步骤S6)。接着，将通过校正系 数运算电路21计算出的校正系数K输入到霍尔电动势校正电路22来校正霍尔 电动势V_H(步骤S7)。

图11是图6所示的校正系数运算电路的具体的结构框图。此外，对具有 与图6相同功能的结构元件附加相同的附图标记。

在图8所示的阶段1中，测量霍尔电阻值R₁并输入到A/D转换电路，在图9 所示的阶段2中，测量霍尔电阻值R₂并输入到A/D转换电路。另一方面，将通 过温度传感器15测量出的温度值T输入到A/D转换电路16。

在校正系数运算电路21中，将基于通过A/D转换电路16转换为数字信号 的温度值T的霍尔元件的电阻值的温度特性α_R(T)和应力为0时的在基准温度 下的霍尔电阻值R₀相乘而得到B＝α_R(T)R₀。另外，将通过A/D转换电路转换为 数字信号的霍尔电阻值R₁和R₂相加并将该R₁+R₂加上对B＝α_R(T)R₀乘-2得到的 -2α_R(T)R₀而得到A＝R₁+R₂-2α_R(T)R₀。

接着，运算A÷B而得到A/B＝(R₁+R₂-2α_R(T)R₀)/α_R(T)R₀。当对其乘以基于 温度值T的Q(T)后加1时，得到应力校正系数K_σ＝1+Q(T)(R₁+R₂-2α_R(T)R₀)/α_R(T)R₀。另外，将基于温度值T的霍尔元件的磁灵敏度温度特性α_SI(T)与应力为 0时的在基准温度下的霍尔元件的磁灵敏度SI₀相乘而得到温度校正系数K_T＝ α_SI(T)SI₀。

接着，将应力校正系数K_σ与温度校正系数K_T相乘再乘以霍尔驱动电流I 而得到校正系数K＝α_SI(T)SI₀(1+Q(T)(R₁+R₂-2α_R(T)R₀)/α_R(T)R₀)I。即，得到上 述的(18)式。如从(18)式明显可知，该校正系数K包括应力校正系数K_σ和温度 校正系数K_T。

并且，当由霍尔电动势校正电路22利用通过A/D转换电路转换为数字信 号的霍尔电动势V_H来运算V_H÷K时得到霍尔电动势的校正值。这样，通过求 出图11所示的将应力校正系数K_σ和温度校正系数K_T合并得到的校正系数K， 能够进行霍尔电动势的校正。

来自校正系数运算电路21的上述校正系数K包含磁灵敏度的温度特性影 响校正和应力影响校正。无需准备特殊的电路就能够求出同时校正温度特性 影响和应力影响的校正系数K，因此能够提供一种更简单高精度地校正霍尔 元件的磁灵敏度的方法。

实施例2

图12是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例2的结构 框图，图中的附图标记31表示共享的A/D转换电路。此外，对具有与图6相同 功能的结构要素附加相同的附图标记。另外，省略了霍尔电阻测量部13和霍 尔电动势测量部15的标记。

本实施例2的霍尔电动势校正装置具备由霍尔电阻测量部13、霍尔电动 势测量部14以及温度测量部15共享的A/D转换电路31。也就是说，利用共享 的A/D转换电路31分时测量来自霍尔电阻测量部13的电阻值、来自霍尔电动 势测量部14的霍尔电动势以及来自温度测量部15的温度值。

在此，应力、温度相对于时间缓慢地变化，因此不需要总是测量。因此， 能够如图12那样使A/D转换电路共通来以分时方式进行测量。

实施例3

图13是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例3的结构 框图，是构成为利用霍尔驱动电流对霍尔电动势进行校正的结构框图，图14 是图13所示的霍尔驱动电流源的结构图。图中的附图标记32表示由霍尔电阻 测量部13和温度测量部15共享的A/D转换电路32。此外，对具有与图6相同功 能的结构要素附加相同的附图标记。另外，省略霍尔电阻测量部13和霍尔电 动势测量部14的标记。

本实施例3的霍尔电动势校正装置利用驱动霍尔元件11的霍尔驱动电流 源23的电流I，根据来自校正系数运算电路21的校正系数K来对霍尔电动势进 行校正。设置有根据校正系数K的值选择霍尔驱动电流的开关23a、23b。

实施例4

图15是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例4的结构 框图，是构成为利用放大电路对霍尔电动势进行校正的结构框图，图16是图 15所示的放大电路的结构图。图中的附图标记33表示放大电路，33a表示运 算放大器。此外，对具有与图6相同功能的结构要素附加相同的附图标记。 另外，省略了霍尔电阻测量部13和霍尔电动势测量部14的标记。

本实施例4的霍尔电动势校正装置设置将来自霍尔电动势测量部15的霍 尔电动势放大的放大电路33，利用该放大电路33的放大率，根据来自校正系 数运算电路21的校正系数K来对霍尔电动势进行校正。也就是说，在放大电 路33位于对霍尔电动势进行信号处理的路径上的情况下，也可以用校正系数 K对该放大电路33的放大率进行校正。

并且，也可以是，还能够从上述(18)式的校正系数中仅抽出温度校正系 数K_T而仅执行温度校正。这相当于利用上述(18)式的校正系数K中的一部分 即下面的(19)式进行校正。

[式19]

K_T＝α_SI(T)SI₀I…(19)

并且，也可以是，还能够从上述(18)式的校正系数中仅抽出应力校正系 数K_σ而仅执行应力校正。这相当于利用上述(18)式的校正系数K中的一部分 即下面的(20)式进行校正。

[式20]

$K_{\sigma }={\mathrm{SI}}_0(1+\frac{P_{12}\left(T\right)}{{\pi }_L\left(T\right)+{\pi }_T\left(T\right)}\frac{R_1+R_2-{2\alpha }_R\left(T\right)R_0}{{\alpha }_R\left(T\right)R_0})\times I···\left(20\right)$

实施例5

另外，关于应力的计算，能够如上述的图8和图9那样通过测量两个方向 的电阻值来求出，但是也能够如图17那样使电流流过相邻的端子来一次测量 出。在这种情况下，也能够在阶段1中测量应力分量(图17)、在阶段2中测量 霍尔电动势。

图17是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例5的结构 框图，是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段1；霍尔电阻值测量)的电路结构图， 图18是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例5的结构框 图，是用于说明霍尔元件的驱动例(阶段2；霍尔电动势测量)的电路结构图。 如图17(阶段1)和图18(阶段2)所示那样一边进行斩波驱动一边向A/D转换电 路供给霍尔电阻值V_R和霍尔电动势V_H。

首先，在图17所示的阶段1中，当在电极1与电极2之间施加霍尔驱动电 压来供给霍尔驱动电流I时，从电极1与电极2之间测量霍尔电阻值V_R。接着， 在图18所示的阶段2中，当在电极2与电极4之间施加霍尔驱动电压来供给霍 尔驱动电流I时，从电极1与电极3之间测量霍尔电动势V_H。

也就是说，具备与霍尔元件11的电极1至电极4连接的斩波开关12，该斩 波开关12通过斩波驱动来在电极1与电极2之间施加霍尔驱动电压来供给霍 尔驱动电流I，从电极1与电极2之间测量霍尔电阻值V_R，在电极2与电极4之 间施加霍尔驱动电压来供给霍尔驱动电流I，从电极1与电极3之间测量霍尔 电动势V_H。

实施例6

图19是用于说明本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例6的结构 框图，是将应力校正电路和温度校正电路分离的情况下的结构框图。图中的 附图标记41表示应力校正电路、42表示温度校正电路。此外，对具有与图6 相同功能的结构要素附加相同的附图标记。另外，省略了霍尔电阻测量部13 和霍尔电动势测量部14的标记。

本实施例6的霍尔电动势校正装置在霍尔电动势测量部14的后级设置应 力校正电路41和温度校正电路42，利用来自校正系数运算电路21的应力校正 系数K_σ和温度校正系数K_T对霍尔电动势进行校正。也就是说，还能够先进行 应力校正，再进行对温度的校正。

图20是表示依赖于图19中的温度和应力的磁灵敏度图像的图，图21是表 示图19中的应力校正为0的情况下的图，图22是表示图19中的应力为0时的磁 灵敏度图像的图。

针对如图20所示那样的根据温度和应力这两个变量的变化而变化的磁 灵敏度，作为第一阶段，如图21所示那样变换为应力＝0的轴，如图22所示那 样相当于使磁灵敏度成为一个变量的函数。另外，也能够先进行温度校正， 再进行应力校正。并且，也能够仅进行温度校正和应力校正中的某一方。

图23是表示霍尔元件的外形形状的图。通过将该霍尔元件的外形形状设 为十字型，能够使驱动霍尔元件的电流的方向与压电电阻系数的方向一致， 从而能够进一步提高应力校正的精度。也就是说，霍尔电阻测量部13对具有 十字型形状的霍尔元件的两个方向以上的通电方向的电阻值进行测量。

另外，如上述的图11所示，也可以不针对霍尔电动势进行校正，而如下 面的(21)式那样在求出磁场B_校正前之后乘以校正系数来求出磁场B_校正后。

[式21]

$\frac{S{I}_0}{\mathrm{SI}(T,\sigma )}=\frac{1}{{\alpha }_{\mathrm{SI}}\left(T\right)(1+Q\left(T\right)\frac{R_1+R_2-2{\alpha }_R\left(T\right)R_0}{{\alpha }_R\left(T\right)R_0})}···\left(21\right)$

这样，利用温度传感器和一个霍尔元件能够实现抑制布局面积的增大、 消耗电流的增加并通过进行应力校正和温度校正来更简单地高精度地校正 霍尔元件的磁灵敏度的霍尔电动势校正装置。

图24是表示用于说明与本发明所涉及的霍尔电动势校正装置的实施例1 相当的霍尔电动势校正方法的流程的图。

该霍尔电动势校正方法是构成为基于对霍尔元件11的磁灵敏度产生影 响的应力和温度来对霍尔电动势进行应力校正和温度校正的霍尔电动势校 正装置中的霍尔电动势校正方法。

首先，通过霍尔电阻测量部13对霍尔元件11所具有的多个电极间的两个 方向以上的通电方向的霍尔电阻值V_R进行测量(步骤S11)。接着，通过霍尔 电动势测量部14测量霍尔元件11的霍尔电动势V_H(步骤S12)。接着，通过温 度测量部15测量霍尔元件11的环境温度(步骤S13)。

接着，根据由霍尔电阻测量部13测量出的霍尔电阻值V_R和由温度测量部 15测量出的温度输出值T，通过校正系数运算电路21计算校正系数K(步骤 S14)。

接着，根据由霍尔电阻测量部13得到的霍尔电阻值V_R和温度测量部15 的温度输出值T，通过霍尔电动势校正电路22来校正霍尔电动势V_H，利用由 校正系数运算电路21计算出的校正系数K来校正霍尔电动势(步骤S15)。

这样，利用温度传感器和一个霍尔元件能够实现抑制布局面积的增大、 消耗电流的增加并通过进行应力校正和温度校正来更简单高精度地校正霍 尔元件的磁灵敏度的霍尔电动势校正方法。

附图标记说明

1：引线框；2：霍尔元件；3：半导体集成电路；4：模制树脂；11：霍 尔元件；12：斩波开关；13：霍尔电阻测量部；14：霍尔电动势测量部；15： 温度传感器(温度测量部)；16：A/D转换电路；19：霍尔电动势校正部；20： 校正信号生成部；21：校正系数运算电路；22：霍尔电动势校正电路；23： 霍尔驱动电流源；23a、23b：开关；24：磁灵敏度温度特性信息存储部；25： 电阻值温度特性信息存储部；26：压电系数温度特性存储部；31、32：共享 的A/D转换电路；33：放大电路；33a：运算放大器；41：应力校正电路；42： 温度校正电路。