磁传感器和磁传感器装置的制作方法

本发明涉及磁传感器，更详细来说，涉及在外部上拉(pullup)输出端子的结构的磁传感器和磁传感器装置。

背景技术：

磁传感器装置具有将磁通密度转换为电信号的磁检测元件，以电气的方式对根据与设置有磁性体的被检测部件之间的相对距离的变化而变化的磁通密度、和预先设定的磁通密度阈值的大小进行判定，输出2个电平的电压的检测信号。在使用磁传感器的开关系统，特别是在汽车领域，为了对汽车用户提供安全性，从功能安全(iso26262)的观点出发，要求建立系统。例如，要求消除下述担忧：由于磁传感器元件自身的故障或系统内的信号传递路径的故障而进行了错误的切换动作。

图4是现有的磁传感器装置。磁传感器50由包含磁传感器的信号处理电路51、晶体管52、恒流电路53和电阻54构成。判别电路59的gnd与磁传感器50公共连接，判别电路59的端子in与磁传感器50的端子out连接。而且，磁传感器50的端子in还通过上拉电阻58上拉至电压vdd。

磁传感器50将比电压vdd低规定值的量的高电平值和比电压gnd高规定值的量的低电平值这2个值输出至端子out。判别电路59具有当输入电压电平为上述2个值附近以外的电压时判定为异常的异常检测功能。

通过这样地构成为将与电压vdd、电压gnd不等价的规定的电压电平判断为正常，能够容易地检测输入端子的断线等异常。例如，当磁传感器50的端子out与判别电路59的端子in之间的布线断开而成为开路时，判别电路59的输入电平变成电压vdd，因此，被判定为异常。此外，当磁传感器50的端子out与判别电路59的端子in之间的布线短路为电压gnd时，判别电路59的输入电平变成电压gnd，因此，被判定为异常。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2001-165944号公报

上述的电路结构的情况下，正常时的判别电路59的输入电压电平是由电阻54、恒流电路53、晶体管52和上拉电阻58决定的。因此，存在这样的课题：上拉电阻58由于制造偏差而导致电阻值有偏差，因此导致输入电压电平变动，判别电路59会进行误判定。

技术实现要素：

为了解决这样的课题，本发明的磁传感器的输出控制电路具有：与输出端子连接的分压电路；和放大器，其控制与磁传感器的输出端子连接的mos晶体管的栅极电压而使得分压电路的电压与基准电压相等。

根据本发明的磁传感器，由于磁传感器的输出电压是由基准电压和分压电路的分压比决定的，因此具有不受上拉电阻的电阻值偏差所左右的效果。因此，判别电路能够正确地判定磁传感器装置的布线的断线及短路等异常。

附图说明

图1是示出本发明的磁传感器的第一实施方式的电路图。

图2是示出本发明的磁传感器的第二实施方式的电路图。

图3是示出本发明的磁传感器的第三实施方式的电路图。

图4是示出现有的磁传感器装置的电路图。

标号说明

1、100、200：磁传感器；

3：磁传感器元件；

4：磁判定电路；

5、90：mos开关；

6：输出驱动元件；

7：放大器；

8、81、82：基准电压电路；

10、20、30：输出控制电路；

19：判别电路。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出本发明的磁传感器的第一实施方式的电路图。

磁传感器装置由磁传感器1、上拉电阻18和判别电路19构成。

第一实施方式的磁传感器1由磁传感器元件3、磁判定电路4和输出控制电路10构成。输出控制电路10由mos开关5、输出驱动元件6、放大器7、基准电压电路8、以及作为分压电路的电阻r1、r2、r3构成。

磁传感器1的输出端子out与判别电路19的输入端子连接，并且经由上拉电阻18与外部电源端子vpu连接。磁传感器元件3的输入端子与电源端子vdd和gnd连接，输出端子与磁判定电路4的输入端子连接。输出驱动元件6例如由n沟道mosfet构成，漏极与输出端子out连接，源极与接地端子gnd连接。电阻r1的一端与输出端子out连接，另一端(节点n1)与电阻r2的一端连接。电阻r2的另一端(节点n2)与电阻r3的一端连接。电阻r3的另一端与接地端子gnd连接。放大器7的输出端子与输出驱动元件6的栅极连接，反相输入端子与基准电压电路8的输出端子连接，同相输入端子与节点n1连接。mos开关5例如由n沟道mosfet构成，栅极与磁判定电路4的输出端子连接，漏极与节点n2连接，源极与接地端子gnd连接。

判别电路19除了具有区别与磁传感器1输出的磁通密度对应的高电平值和低电平值的功能外，还具有异常检测功能。关于异常检测功能，当被输入的电压为高电平值和低电平值附近时判定为磁传感器装置正常，当被输入的电压处于除此之外的电压区域时判定为磁传感器装置异常。

磁传感器元件3将电压vdd作为电源，输出与被输入到磁传感器元件的磁通密度对应的电信号。磁传感器元件3例如可以使用霍尔元件。磁判定电路4对磁传感器元件3输出的电信号和预先设定的阈值信号进行比较，将磁判定结果以电压vdd和电压gnd的双值电压输出至输出控制电路10。

当磁判定电路4的输出为电压gnd时，mos开关5处于关状态，节点n2通过电阻r3与接地端子gnd连接。

另一方面，当磁判定电路4的输出为电压vdd时，mos开关5处于开状态，节点n2与接地端子gnd连接。

输出驱动元件6与分压电路以电气方式并联地连接于输出端子out与接地端子gnd之间。输出驱动元件6是n沟道mosfet，通过控制栅极电压，能够使漏电流在输出端子out与接地端子gnd之间流过。此外，放大器7的同相输入端子与节点n1连接，反相输入端子与基准电压电路8连接，输出端子与输出驱动元件6的栅极端子连接，因此，以使节点n1的电压与基准电压电路8的基准电压相等的方式来控制输出驱动元件6。

当设磁传感器1的输出端子out的输出电压为vout，基准电压电路8的基准电压为vref时，根据磁判定结果的情况而分成2个公式来表示输出电压vout。

vout＝(1+r1/r2)×vref···(1)

vout＝{1+r1/(r2+r3)}×vref···(2)

公式1表示磁判定电路4的输出为电压vdd时的输出电压vout。公式2表示磁判定电路4的输出为电压gnd时的输出电压vout。

这样，由于磁传感器1的输出电压vout不依赖于上拉电阻18的电阻值，因此，相对于上拉电阻18的偏差不会受到影响。因此，能够灵活地设定上拉电阻值，因此，作为进一步的效果，还能够通过增大上拉电阻值来实现磁传感器系统的省电化。

以下，示出实现第一实施方式的磁传感器1的具体的电阻值的示例。

求出使外部电源vpu为5.0v且基准电压vref为0.3v时的、公式1的输出电压vout为4.5v、公式2的输出电压vout为0.5v那样的电路常数。根据公式1和公式2可知：只要将r1：r2：r3的比率设定成7：0.5：10即可。

更具体来说，由于不限定上拉电阻18的电阻值，因此，电阻r1至r3的电阻值越大越是优选的。当设rpu为上拉电阻18的电阻值时，根据公式3可以求出其容许值。

rpu＞(vpu－vout(1))/{vout(1)/(r1+r2+r3)}···(3)

例如，设r1＝700kω，r2＝50kω，r3＝1mω时，上拉电阻18的电阻值rpu只要小于194kω，磁传感器1就能够进行动作。

如果更实际地考虑输出驱动元件6的漏电流容许范围，则上拉电阻18的电阻值优选为几十ω以上。

如以上说明的那样，根据第一实施方式的磁传感器1，由于判别电路19的输入电压是由基准电压和分压电路的分压比决定的，因此，能够不受上拉电阻18的电阻值偏差所左右地正确地判定布线的断线及短路等异常。

另外，也可以构成为能够微调分压电路的电阻而使得能够根据判别电路19所要求的输入电压来调节输出电压vout。

图2是示出本发明的磁传感器的第二实施方式的电路图。

磁传感器100由磁传感器元件3、磁判定电路4和输出控制电路20构成。输出控制电路20由输出驱动元件6、放大器7、作为分压电路的电阻r1、r2、基准电压电路81、基准电压电路82和mos开关90构成。

磁传感器100、判别电路19和上拉电阻18与第一实施方式同样地连接，进行同样的动作。而且，磁传感器元件3、磁判定电路4、输出驱动元件6和放大器7也与第一实施方式同样地连接，进行同样的动作，因此省略说明。

mos开关90例如由cmos晶体管构成，择一地选择基准电压电路81或基准电压电路82并与放大器7的反相输入端子连接。mos开关90具有控制端子，控制端子被输入磁判定电路4输出的双值电压。

当磁判定电路4的输出为电压gnd时，mos开关90选择基准电压电路81，使基准电压电路81的输出端子与放大器7的反相输入端子连接。

另一方面，当磁判定电路4的输出为电压vdd时，mos开关90选择基准电压电路82，使基准电压电路82的输出端子与放大器7的反相输入端子连接。

设基准电压电路81生成的基准电压为vref1，基准电压电路82生成的基准电压为vref2。基准电压vref1和基准电压vref2是值互不相同的基准电压。

当设磁传感器100的输出端子out的输出电压为vout时，根据磁判定结果的情况而分成2个公式来表示输出电压vout。

vout＝(1+r1/r2)×vref1···(4)

vout＝(1+r1/r2)×vref2···(5)

公式4表示磁判定电路4的输出为电压gnd时的输出电压vout。公式5表示磁判定电路4的输出为电压vdd时的输出电压vout。

以下，示出实现第二实施方式的磁传感器100的具体的数值例。

设外部电源vpu为5.0v，求出公式4的输出电压vout为4.5v、公式的输出电压vout为0.5v那样的电路常数。在以基准电压vref1为3.0v的方式设定基准电压电路81的情况下，根据公式4可知：只要将r1：r2的比率设定成0.5：1即可。此外，根据公式4和公式5可知：只要将基准电压vref2设定成0.33v即可。

图3是示出本发明的磁传感器的第三实施方式的电路图。

磁传感器200由磁传感器元件3、磁判定电路4和输出控制电路30构成。

基准电压电路与第二实施方式不同，是由电阻91、电阻92和电阻93构成的。此外，磁传感器200具有与外部电源vpu连接的vdd2端子，vdd2端子与电阻93的一端和放大器7的反相输入端子连接。电阻93通过mos开关90而与电阻91和电阻92中的任意一个连接。并且，通过使这些电阻对电压vpu进行电阻分压而得到基准电压。

当磁判定电路4的输出为电压vdd时，mos开关90选择电阻91而与电阻93串联连接。当磁判定电路4的输出为电压gnd时，mos开关90选择电阻92而与电阻93串联连接。

设由外部电源vpu、电阻93和电阻91生成的基准电压为vref1，由外部电源vpu、电阻93和电阻92生成的基准电压为vref2。基准电压vref1和基准电压vref2是值互不相同的基准电压。

当设磁传感器200的输出端子out的输出电压为vout时，输出电压vout与第二实施方式的磁传感器100同样地利用公式4和公式5来表示。

以下，示出实现第三实施方式的磁传感器200的具体的数值例。

设外部电源vpu为5.0v，求出公式4的输出电压vout为4.5v、公式5的输出电压vout为0.5v那样的电路常数。由于公式4的输出电压vout与公式5的输出电压vout的比为9：1，因此，基准电压vref1与基准电压vref2的比也被设定成9：1。当设基准电压vref1为3.0v、基准电压vref2为0.33v时，根据公式4可知：只要将r1：r2的比率设定成0.5：1即可。而且，关于电阻91、电阻92和电阻93，通过使电阻91为300kω、电阻92为14kω、电阻93为200kω，能够实现第三实施方式。

如以上说明的那样，根据本发明的磁传感器，由于判别电路19的输入电压是由基准电压和分压电路的分压比决定的，因此，能够不受上拉电阻18的电阻值偏差所左右地正确地判定布线的断线及短路等异常。