磁场检测微型计算机及磁场检测方法

专利名称：磁场检测微型计算机及磁场检测方法
技术领域：
本发明涉及具有磁场检测功能的磁场检测微型计算机及磁场检测方法。
背景技术：
近年来的系统LSI的集成度随着组件的高性能化及工艺的细微化而年年持续提高。随之，以往由多个芯片构成的设备系统的单芯片化正在被实现。其中，尤其难以单芯片化的是传感器系统模拟块。传感器系统模拟块由于处理微小的模拟信号，所以提高传感器的灵敏度的半导体工艺与提高低成本细微化的工艺并不一定是相同的工艺。例如，图21是表示以往技术的传感器IC和微型计算机的图。如图21所示，有如下情形由传感器ICX和微型计算机Y的两个芯片构成，用于输出来自传感器ICX的信号的输出端子X3和用于向传感器ICX输入信号的输入端子X4经由信号线连接在微型计算机Y 上(例如，参照专利文献I)。此外，图22是表示以往技术的磁场检测电路的图。如图22所示，为了提高传感器IC的温度特性而进行以下的处理。由放大电路AMPl放大后的霍尔元件HALl的输出OUTA被输入到比较电路CMPl中。此外，基准电压电路BLl仅具有生成基准电压VTHl、VTH2的分压电路，进行温度补偿。通过开关电路SWl选择基准电压电路BLl生成的基准电压VTHl、VTH2中的、具有与输出OUTA的温度系数大致相等的温度系数的I个基准电压，作为基准电压OUTB向比较电路CMPl输入。并且，比较电路CMPl在与传感器的输出进行比较的基准电位发生电路的相关中，追加如抵消温度特性的电路，以将输出OUTA与基准电压OUTB比较并根据输出OUT的值来检测磁场。公开了通过这样的结构实现传感器IC单体的性能提高的方法(例如，参照专利文献2)。以下，将专利文献2的技术还称作以往技术B。现有技术文献专利文献专利文献I :特开2008 - 032424号公报(第29页，图19)专利文献2 :特开2009 - 047478号公报(第10页，图4，图3)
发明概要发明要解决的问题但是，在以往技术B的结构中，需要有组合了具有用于抵消温度特性的两种以上的温度特性系数的电阻的、生成两种基准电压的电压可变电路(基准电压电路BL1)。因此，以往技术B的电压可变电路的结构较复杂。另外，在专利文献I中，记载了传感器IC与微型计算机的组合事例，但关于用于容易地判断是否有磁场强度的技术，并没有记载。

发明内容
本发明是解决上述以往的问题的，目的是提供一种不需要复杂的结构的电压可变电路、能够容易地判断是否有磁场强度的磁场检测微型计算机及磁场检测方法。用于解决问题的手段为了解决上述问题，本发明的一技术方案的磁场检测微型计算机，具备磁场检测元件，用于检测磁场；差动放大器，将上述磁场检测元件的输出电压放大；电压可变电路，根据电压控制信号生成可变的基准电压；比较器，将上述差动放大器的输出与上述电压可变电路生成的基准电压比较；电压控制寄存器，保持用于控制上述电压可变电路生成的基准电压的电平的电压控制值，将具有该电压控制值的上述电压控制信号向上述电压可变电路输出；存储部，将作用于上述磁场检测元件的磁场的强度即磁场强度、与在使上述电压控制值增加或减小的情况下上述比较器的输出反转的紧前或紧后的上述电压控制值对应起来，预先存储为第I表；以及CPU，向上述电压控制寄存器设定与检测对象的磁场对应的电压控制值，根据上述比较器的比较结果及上述第I表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。根据该结构，通过将电压控制值和磁场强度预先存储到预存储部中、并在电压控 制寄存器中设定与检测对象的磁场对应的电压控制值的简单的处理，能够判断是否有与电压控制值对应的磁场强度。即，能够容易地判断是否有与电压控制值对应的磁场强度。此外，以往的电压可变电路是生成两种基准电压的结构。但是，本发明的一技术方案的磁场检测微型计算机的电压可变电路是生成I个基准电压的结构。因此，能够使本发明的一技术方案的磁场检测微型计算机的电压可变电路的结构变得简单。因而，不需要复杂的结构的电压可变电路，能够容易地判断是否有磁场强度。这里，也可以是，上述差动放大器的增益根据增益控制信号而可变；上述磁场检测微型计算机还具备增益控制寄存器，该增益控制寄存器保持用于设定上述差动放大器的增益的增益控制值，将具有该增益控制值的增益控制信号向上述差动放大器输出；上述第I表按每个增益控制值，预先存储上述磁场强度及上述电压控制值。根据该结构，通过设定增益，能够控制检测磁场的灵敏度。这里，也可以是，上述CPU使保持在上述电压控制寄存器中的上述电压控制值依次增加或减小，当上述比较器的输出反转时，从上述第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度，作为检测出的磁场强度。根据该结构，能够高精度地检测大范围的磁场强度。这里，上述电压可变电路也可以是D/A变换器。根据该结构，由于将搭载在通常的微型计算机中的D/A变换器作为电压可变电路来利用，所以能够减小电路规模。这里，也可以是，上述磁场检测微型计算机还预先存储作用于上述磁场检测元件上的S极的磁场强度、以及表示上述比较器的输出反转的条件的电压控制值；上述第I表预先存储作用于上述磁场检测元件上的N极的磁场强度、以及表示上述比较器的输出反转的条件的电压控制值。根据该结构，除了磁场强度以外，还能够检测磁场的方向(极性)。这里，上述CPU也可以将使用上述第I表的磁场检测和使用上述第2表的磁场检测各按规定次数交替地进行。根据该结构，能够将是否有不同的方向(极性)的磁场的判断各按规定次数交替地、分时地、高效率地检测。这里，也可以是，上述磁场检测微型计算机还具备升压电路，使电源电压升压；以及电压切换电路，选择被升压的电源电压和未被升压的电源电压的一方，将所选择的电源电压提供给上述磁场检测元件；上述第I表预先存储与被升压的电源电压及未被升压的电源电压分别对应的上述磁场强度及上述电压控制值；上述CPU使用与由上述电压切换电路选择的电源电压对应的电压控制值检测磁场强度。根据该结构，通过选择被升压的电源电压和未被升压的电源电压，能够切换上述磁场检测元件的灵敏度。这里，也可以是，上述磁场检测元件是霍尔元件；上述磁场检测元件、上述差动放大器、上述电压可变电路、上述比较器、上述电压控制寄存器、上述存储部以及上述CPU形成在相同的半导体基板上。·根据该结构，能够在同一半导体基板上通过同一工艺实现磁场检测元件、上述放大器、上述电压可变电路、比较器、电压控制寄存器、存储部以及CPU，所以能够实现小面积、低成本化。这里，也可以是，上述霍尔元件形成在上述半导体基板的4个角中的至少I个角。根据该结构，由于在以往是半导体基板的空闲区域的4个角中的至少I个角配置上述霍尔元件，所以能够削减电路面积。此外，能够增大可形成霍尔元件以外的电路的面积。这里，也可以是，上述磁场检测微型计算机还具有结构与上述磁场检测元件相同的3个磁场检测元件；以及结构与包括上述差动放大器、上述电压可变电路及上述比较器的组件相同的3个组件；4个上述磁场检测元件配置在上述半导体基板的4个角；上述CPU分别使用4个组件检测磁场。根据该结构，由于在半导体基板的对角线上的4个角配置磁场检测元件，所以能够敏感地检测磁场的方向。本发明的一技术方案的磁场检测方法，是磁场检测微型计算机的磁场检测方法，上述磁场检测微型计算机具备磁场检测元件，用于检测磁场；差动放大器，将上述磁场检测元件的输出电压放大；电压可变电路，根据电压控制信号生成可变的基准电压；比较器，将上述差动放大器的输出与上述电压可变电路生成的基准电压比较；电压控制寄存器，保持用于控制上述电压可变电路生成的基准电压的电平的电压控制值，将具有该电压控制值的上述电压控制信号向上述电压可变电路输出；以及存储部，将作用于上述磁场检测元件上的磁场的强度即磁场强度、与在使上述电压控制值增加或减小的情况下上述比较器的输出反转的紧前或紧后的上述电压控制值对应起来，预先存储为第I表；上述磁场检测方法中，向上述电压控制寄存器设定与检测对象的磁场对应的电压控制值；判断上述比较器的输出是否已反转；在判断为上述比较器的输出已反转的情况下，从上述第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度。根据该结构，有与上述磁场检测微型计算机同样的作用及效果。发明效果根据本发明的磁场检测微型计算机，不需要复杂的电压可变电路，能够容易地判断是否有磁场强度。


图I是有关本发明的第I实施方式的磁场检测微型计算机的模块图。图2A是磁场检测判断表。图2B是用于检测反极性的磁场的磁场检测判断表。图2C是包括增益控制值的磁场检测判断表。图3是磁场检测的动作时间图。图4A是表示磁场检测设定算法的整体的处理流程的图。
图4B是表示磁场检测设定算法中的样本偏差修正算法的处理流程的图。图4C是表示磁场X判断处理的处理流程的图。图4D是磁场Y判断处理的处理流程的图。图4E是磁场Z判断处理的处理流程的图。图5是执行磁场检测设定算法时的动作时间图。图6是有关本发明的第2实施方式的磁场检测微型计算机的模块图。图7是表示微型计算机与磁铁的关系的图。图8是有关本发明的第3实施方式的N极侧接近时的正极磁场检测的设定算法和动作时间图。图9是有关本发明的第3实施方式的S极侧接近时的负极磁场检测的设定算法和动作时间图。图10是有关本发明的第3实施方式的N极/S极施加判断微型计算机执行次序。图11是表示电压可变电路的内部电路的图。图12是表示差动放大器的内部电路的图。图13是有关本发明的第4实施方式的磁场检测微型计算机的模块图。图14是有关本发明的第5实施方式的磁场检测微型计算机所使用的半导体基板的立体图。图15是有关本发明的第6实施方式的磁场检测微型计算机的半导体布局图。图16是图15的区域的详细布局图。图17是有关本发明的第7实施方式的磁场检测微型计算机的模块图。图18是有关本发明的第7实施方式的磁场检测微型计算机的动作时间图。图19是表示有关发明的第7实施方式的磁场检测微型计算机的半导体布局图及磁场施加状态的图。图20是表示磁场检测微型计算机的特征性的功能结构的模块图。图21是表示以往技术的传感器IC和微型计算机的图。图22是表示以往技术的磁场检测电路的图。
具体实施例方式以下，参照附图对用于实施本发明的优选的实施方式进行说明。(第I实施方式)图I是有关本发明的实施方式I的磁场检测微型计算机19的模块图，用图2A的磁场检测判断表、图3的磁场检测的动作时间图、图4A 图4E的磁场检测设定算法、图5的执行磁场检测设定算法时的动作时间图进行说明。以下，将图2A的磁场检测判断表还简称为图2A的表。如图I所示，磁场检测微型计算机19具备具有4个端子的磁场检测元件10、将上述磁场检测兀件10的输出电压放大的差动放大器11、将上述差动放大器11的输出与电压可变电路13生成的基准电压比较的比较器12、CPU15、R0M16、RAM17和周边逻辑(logic)18。磁场检测元件10是用于检测磁场的元件。作为上述磁场检测元件10的第一端子的端子23经由开关30连接在高电位侧的电位VDD。作为第二端子的端子24经由开关31连接在低电位侧的电位VSS，作为第三端子的端子21及作为第四端子的端子22连接在上述差动放大器11的输入上。开关30及开关 31通过CPU15的控制，在磁场检测时及表部16a的设定时接通。以下，在表现在传递控制信号、输出等的信号的信号线上连接着构成要素A的结构的情况下，表现为构成要素A与信号(控制信号、输出等)连接。例如，在表现在传递控制信号的信号线上连接着构成要素A的结构的情况下，表现为构成要素A与控制信号连接。此夕卜，例如在表现在传递某个电路的输出的信号线上连接着构成要素A的结构的情况下，表现为构成要素A与输出连接。上述差动放大器11能够根据作为增益控制信号的控制信号28而改变增益，S卩，能够切换输出25 (输出电压)的放大度。即，差动放大器11能够根据增益控制信号而改变增益。上述控制信号28与上述周边逻辑18 (寄存器4A)连接。上述差动放大器11的输出25与上述比较器12的+输入连接。上述电压可变电路13的输出26作为基准电压而与上述比较器12的一输入连接。即，电压可变电路13的输出26是该电压可变电路13生成的基准电压。即，输出26是模拟输出。上述电压可变电路13与作为电压控制信号的控制信号29连接。电压可变电路13生成可变的基准电压(输出26的电压)。作为电压控制信号的控制信号29具有用于控制上述电压可变电路13生成的基准电压的电平(I eve I)的电压控制值。即，作为电压控制信号的控制信号29是用于使电压可变电路13生成的基准电压的电平变化的信号。即，电压可变电路13根据作为电压控制信号的控制信号29而生成可变的基准电压(输出26的电压)。比较器12对上述差动放大器11的输出25与上述电压可变电路13生成的基准电压进行比较。并且，比较器12将该比较的结果作为输出27输出。输出27是表示H电平(I)或L电平(O)的信号。上述周边逻辑18与控制信号29连接。上述比较器12的输出27与周边逻辑18连接。上述0 仍5、1 0116、狀117、周边逻辑18相互连接在共同的总线(8”)IJ上。寄存器4A是保持增益控制值、并将具有该增益控制值的增益控制信号(控制信号28)向差动放大器11输出的增益控制寄存器。增益控制值是用于设定上述差动放大器的增益的值。寄存器4B是保持用于控制电压可变电路13所生成的基准电压的电平的电压控制值、并将具有该电压控制值的电压控制信号(控制信号29)向电压可变电路13输出的电压控制寄存器。电压可变电路13根据上述电压控制信号(控制信号29)所具有的电压控制值，生成可变的基准电压(输出26的电压)。即，电压可变电路13根据作为电压控制信号的控制信号29,生成可变的基准电压(输出26的电压)。R0M16包括表部16a。表部16a具有如图2A 图2C的表。图2A的磁场检测判断表是以下的第I表。即，作为存储部的R0M16将作用于磁场检测元件10的磁场的强度即磁场强度与在使电压控制值增加或减小的情况下比较器的输出反转的紧前或紧后的电压控制值对应起来，预先存储为第I表(图2A的磁场检测判断表)。作用于磁场检测元件10的磁场的强度是对磁场检测元件10施加的磁场的强度。S卩，磁场检测元件10是用于检测(检查)对磁场检测元件10施加的磁场的强度的传感器(元件)。这里，规定相互正交的X轴、Y轴及Z轴。在本说明书中，将沿着X轴的两个方向中的一个方向及另一个方向还分别称为X方向及-X方向。此外，将沿着Y轴的两个方向中的一个方向及另一个方向还分别称为Y方向及-Y方向。此外，将沿着Z轴的两个方向中的 一个方向及另一个方向还分别称为Z方向及-Z方向。此外，以下将X方向的磁场还称为磁场X或X磁场。此外，以下将-X方向的磁场还称为磁场-X或-X磁场。此外，以下将Y方向的磁场还称为磁场Y或Y磁场。此外，以下将-Y方向的磁场还称为磁场-Y或-Y磁场。此外，以下将Z方向的磁场还称为磁场Z或Z磁场。此外，以下将-Z方向的磁场还称为磁场-Z或-Z磁场。此外，CPU15在制作第I表的情形中，如图4A所示，在将已知的磁场(例如，图2A的无磁场、磁场X、磁场Y、磁场Z等的某种)施加在磁场检测元件10上的状态下，使电压控制寄存器(寄存器4B)的保持值依次增加或减小。并且，CPU15在比较器12的输出反转时，将该反转的紧前或紧后的寄存器4B的值作为与该已知的磁场对应的电压控制值而写入第I表。CPU15在检测磁场的情况下(例如在检测是否有磁场X的情况下)，如图2A 图2C所示，将与检测对象的磁场对应的电压控制值设定到电压控制寄存器(寄存器4B)。并且，CPU15判断上述比较器12的输出是否反转。CPU15在判断为上述比较器12的输出反转的情况下，从上述第I表读出与设定在电压控制寄存器(寄存器4B)中的该电压控制值对应的磁场强度。由此，CPU15判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。S卩，CPU15根据比较器12的比较结果及第I表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。例如，CPU15在检测磁场的情形中，也可以使保持在电压控制寄存器(寄存器4B)中的电压控制值依次增加或减小，当比较器的输出反转时，从第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度作为检测出的磁场强度。这里，用于切换差动放大器11的放大度的控制信号28、用于切换电压可变电路13的基准电压的控制信号29、及比较器12的输出27分别与上述周边逻辑18块内的寄存器4A、寄存器4B、寄存器4C连接。由此，成为能够通过微型计算机的程序任意地改写上述寄存器4A、寄存器4B、寄存器4C的值的结构。所谓微型计算机，相当于在各实施方式中说明的磁场检测微型计算机(例如，磁场检测微型计算机19)。在寄存器4C中，每当比较器12输出表示不同的值的输出27时，写入比较器12的输出27 (O或I)。O是与L电平对应的值。I是与H电平对应的值。
以下，有时将L电平及H电平分别记为L及H。CPU15总是参照寄存器4C的值，并判断比较器12的输出(寄存器4C的值)是否反转。比较器12的输出反转，是指寄存器4C的值变化。寄存器4C的值的变化例如是从O(L)向I (H)的变化。CPU15在判断为上述比较器12的输出27反转的情况下，将与设定在电压控制寄存器(寄存器4B)中的该电压控制值对应的磁场强度从R0M16内的上述第I表读出。在此情况下，CPU15判断为有与该电压控制值对应的磁场强度。另一方面，在没有判断为上述比较器12的输出27反转的情况下，CPU15判断为没有与该电压控制值对应的磁场强度。由此，CPU15判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。在这样的块结构中，首先，磁场检测元件10在端子21、端子22间产生与在上述磁场检测元件10的平面上的垂直方向上施加的磁场的大小成比例的电压。上述差动放大器11将上述端子21、上述端子22间的差电压以任意的放大倍率增大，并向输出25输出模拟电压。输出25是模拟输出。
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这里，关于上述差动放大器11的上述放大倍率，通过由微型计算机的程序向寄存器4A写入任意的数字值，将放大倍率设定为2倍、4倍。上述比较器12将上述差动放大器11的输出25与上述电压可变电路13的输出26比较。在上述输出25较大的情况下，上述比较器12的输出27表示H电平(I)，在上述输出25比输出26小的情况下，上述比较器12的输出27表示L电平(O)。图2A是磁场检测判断表。在图2A中，磁场强度X [mT]是磁场的X方向的强度。磁场强度Y [mT]是磁场的Y方向的强度。磁场强度z [mT]是磁场的Z方向的强度。以下，将具有磁场强度X[mT]的磁场还称为磁场X [mT]或X [mT]。此外，以下将具有磁场强度Y [mT]的磁场还称为磁场Y [mT]或Y [mT]。此外，以下将具有磁场强度Z[mT]的磁场还称为磁场Z [mT]或Z [mT]。此外，以下将在-X方向上具有磁场强度X [mT]的磁场还称为磁场-X [mT]或-X[mT]。此外，以下将在-Y方向上具有磁场强度Y [mT]的磁场还称为磁场-Y [mT]或-Y[mT]。此外，以下将在-Z方向上具有磁场强度Z [mT]的磁场还称为磁场-Z [mT]或-Z[mT]。图2A的磁场检测判断表例如是用于通过对上述寄存器4B设定数字代码Xl来检测磁场强度X [mT]的表。图2A的磁场检测判断表可以具有多个磁场强度Y [mT]、Z [mT]。图2B是用于检测与图2A反极性的磁场的磁场检测判断表。以下,将图2B的磁场检测判断表还简称为图2B的表。在图2B中，所谓-X [mT]，是磁场的-X方向的强度。所谓-Y [mT]，是磁场的-Y方向的强度。所谓-Z [mT],是磁场的-Z方向的强度。此外，图2C是包括用于设定差动放大器11的放大倍率(增益)的增益控制值的磁场检测判断表。增益控制值例如记为G1。这里，将使N极的磁铁相对于上述磁场检测元件10的面在垂直方向上接近时的施加在磁场检测兀件10上的磁场规定为正的磁场。此外，将使S极的磁铁相对于磁场检测兀件10的面接近的情况下的施加在磁场检测元件10上的磁场规定为负的磁场。
在这样的块结构中，在上述R0M16中预先被写入图2A 图2C所示的至少I个磁场检测判断表，通过使本磁场检测微型计算机执行动作，进行图3所示的磁场检测的动作时间图所示的动作。图3的处理由CPU15进行。如图3所示，CPU15对于想要检测的磁场(例如磁场X[mT])，预先在上述寄存器4B中设定数字代码Xl (Sll)0并且，在施加在磁场检测元件10上的磁场的强度比X [mT]小的情况下(S12中否)，上述比较器12的输出27为L (S13)。另一方面，在施加在磁场检测元件10上的磁场的强度是X [mT]以上的情况下(S12中是)，上述比较器12的输出27表示H(SH)0在此情况下，向寄存器4C写入I。CPU15根据寄存器4C的值是否变化，即根据比较器12的输出27是否反转，来进行磁场检测。这里，使用图4A的磁场检测设定算法、图5的动作时间图说明用于决定图2A所示的磁场施加判断表的磁场检测设定算法及执行时的动作。
另外，图4B是表示图4A的磁场检测设定算法中的样本偏差修正算法的处理流程的图。在本说明书中，所谓样本，是作为传感器的磁场检测元件10。图4C是表示图4A的磁场检测设定算法中的磁场X判断处理的处理流程的图。图4D是表示图4A的磁场检测设定算法中的磁场Y判断处理的处理流程的图。图4E是表示图4A的磁场检测设定算法中的磁场Z判断处理的处理流程的图。首先，通过微型计算机的程序，能够在上述寄存器4B中设定任意的数字值。构成为上述电压可变电路13的输出26与设定的数字值的大小成比例地变大的电路结构。图11表示上述电压可变电路13的块内部电路。上述电压可变电路13由基准电阻42、44、46、49、模拟开关43、45、47、48构成。上述基准电阻42的一个端子与GND连接，在基准电阻42的另一个端子与基准电阻44及上述模拟开关43连接。同样，上述基准电阻44、46,49以阵列状分别与上述模拟开关45、47、48连接。基准电阻49的最末端与VDD连接。上述各模拟开关43、45、47、48的栅极与图I的上述控制信号29连接。根据上述控制信号29的数字值，选择上述模拟开关43、45、47、48中的某一个，由此在VDD-VSS间输出基于任意的基准电阻的分割比的电压作为输出26。同样说明上述差动放大器11的动作。图12表示上述差动放大器11的内部电路。差动放大器11由两个运算放大器60、61和基准电阻R1、R2构成。上述基准电阻R2由可变电阻构成，基准电阻R2的电阻值能够根据上述控制信号28而改变。上述运算放大器60的+输入与上述磁场检测元件10的一个上述端子22连接。上述运算放大器61的+输入与上述磁场检测元件10的端子21连接。上述运算放大器61的-输入67和运算放大器61的输出68被短路。此外，输出68与基准电阻Rl的一方连接。上述基准电阻Rl的另一方与上述运算放大器60的-输入65及上述基准电阻R2的一个端子连接。上述基准电阻R2的另一个端子与上述运算放大器60的输出66及输出25连接。另外，基准电阻R2为可变电阻，但也可以代之而基准电阻Rl由可变电阻构成。这里，在上述端子21上发生上述磁场检测元件10的正侧电压Vp，在上述端子22上发生上述磁场检测元件10的负电压Vn。这里，在磁场检测元件10中没有发生磁场的无磁场状态下，为Vp=Vn=约VDD/2。S卩，Vp与Vn的差电压理想的是0V。通过对磁场检测元件10施加磁场，在Vp与Vn之间发生电压，在上述输出25中发生VDD/2+ (Vp-Vn)X (R2/R1+1)的电位。图I的上述比较器12的+输入与上述差动放大器11的输出25连接，比较器12的-输入与上述电压可变电路13的输出26连接。当上述输出25比上述输出26大时，上述输出27表示H (1)，当上述输出26比上述输出25大时，上述输出27表示L (O)。说明图4A的样本偏差修正算法(S110)。这里，为了在说明上变得容易，可以认为无磁场状态的Vp与Vn的差电压无限接近于0V。在此情况下，在无磁场状态下，上述输出25 由于 VDD/2+ (Vp-Vn) X (R2/R1+1)的第二项为 0，所以为约 VDD/2。在图5中将约VDD/2表示为电压A。这里，上述电压可变电路13的输出26根据设定在上述寄存器4B中的数字值，基于内部的电阻分割而成为任意的电压值。假设当寄存器4B的值是00时，上述电压可变电路13的输出26表示VSS。此外， 假设当寄存器4B的值是FF时，输出26表示VDD。如图4B、图5所示，CPU15通过向上述寄存器4B写入00，进行初始设定，以使电压可变电路13的输出26成为VSS。此时，在无磁场状态下，上述输出25表示VDD/2 (S111)。因此，上述比较器12的输出27成为H。此时，在上述比较器12的输出27成为L之前(S112中是)，CPU15将上述电压可变电路13的寄存器4B的数字设定值增加(S113)，重复比较动作。当上述电压可变电路13的输出26成为比上述输出25大的值时，上述比较器12的输出27成为L。CPU15将此时的上述电压可变电路13的寄存器4B的值作为初始值N保持在上述R0M16中(S114)。该值由工艺偏差产生，按每个样本而不均匀。因此，通过将该值向上述R0M16写入、并在必要时读出，能够用于之后的样本偏差修正。接着，说明作为图4C的磁场检测X判断算法的磁场X判断处理(S120)。在CPU15设定了上述初始值N的状态下，比较器12的输出27表示L，但在对磁场检测元件10施加了磁场X [mT]的情况下(S121)，相应于磁场X [mT]，上述Vp与Vn的差电压变大。结果，输出25被放大(Vp-Vn) X (R2/R1+1)的量。上述放大电压被与初始值N时的差动放大器11的输出电压(电压A (VDD/2))相加，成为电压B (参照图5)。此时，由于上述电压B比电压可变电路13的输出26大，所以上述比较器12的输出27成为H。此时，CPU15同样在上述比较器12的输出27成为L之前(S124中是)，将上述电压可变电路13的寄存器4B的数字设定值增加(S123)，重复比较动作。当上述电压可变电路13的输出26成为比上述输出25大的值时，上述比较器12的输出27成为L。在图5中表示寄存器4B的值是7A (S125)。将从此时的上述电压可变电路13的寄存器4B的值(7A)减去I以上而得到的数字值(即紧前的值)作为Xl-I保持在上述 R0M16 中(S126)。作为图4D的磁场检测Y判断算法的磁场Y判断处理(S130)进行与上述磁场X判断处理(S120)同样的处理。即，对磁场检测元件10施加磁场Y [mT] (S131)，将上述电压可变电路13的寄存器4B的数字设定值增加(S134)，重复比较动作(S134)。当上述电压可变电路13的输出26成为比上述输出25大的值时，上述比较器12的输出27成为L (S134中是)。在图5中，表示寄存器4B的值是7C (S135)。CPU15将从此时的上述电压可变电路13的寄存器4B的值(7C)减去I以上而得到的数字值作为Yl-I保持在上述R0M16中(S136)。作为磁场检测Z判断算法的磁场Z判断处理(S140)进行与磁场X判断处理、磁场Y判断处理同样的处理。即，对磁场检测元件10施加磁场Z[mT](S141)。进行步骤S142 145的处理。由此，在上述ROM16中保持Zl-I (S146)。写入上述R0M16中的Xl_l、Yl_l、Zl-I的值在进行磁场施加的检测时通过微型计算机的程序写入到寄存器4Β中，由此能够将上述电压可变电路13的输出26设定为用于检测的任意的电压。基于本算法，在上述R0M16中写入了图2Α所示的磁场施加判断表。因此，例如在想要检测磁场X的情况下,如图3所示的动作，CPU15如果施加在磁场检测元件10上的磁场的强度成为X [mT]以上(S12中是)，则上述比较器12的输出27成为H (S14).由此，CPU15能够判断是否有磁场。这样，通过图I所示的块结构及图4A 图4E所示的磁场检测设定算法的执行，能够按每个样本可靠地将磁场检测的设定值写入到上述R0M16中。因此，能够减少样本偏差，并且CPU15能够检测多个磁场强度X [mT]、Y [mT]、Z [mT]。 图4A 图4E所示的磁场检测设定算法针对安装在组件上的微型计算机(磁场检测微型计算机19)执行，由此能够减小各样本的磁场检测电平的误差、可靠地进行磁场检测，此外能够检测多个磁场强度电平。此外，在作为磁场检测微型计算机而进行微型计算机出厂检查时，能够执行图4A 图4E所示的磁场检测设定算法，在微型计算机出厂时发挥功能。即，能够将图4A 图4E的处理作为用于磁场输入判断表安装化的微型计算机出厂检查时的磁场检测设定算法来实施。在此情况下，由于能够省去在组装微型计算机(磁场检测微型计算机)的组件侧应对的操作，所以特别有效。此外，在微型计算机检查时执行图4A 图4E所示的磁场检测设定算法的情况下，还有以下的优点。一般，半导体芯片的出厂检查为了保证在决定的温度范围中动作而多数情况下在低温、常温、高温等的某些多个温度条件下检查。前面叙述了此时在用于检测磁场X [mT]的寄存器4B中设定的数字值是比Xl低I个以上的值Xl-I。这里，对更正确地判断磁场X [mT]的方法进行说明。一般，在对磁场检测元件10施加了磁场X [mT]时,上述磁场检测兀件10的Vp与Vn的差电压(磁场灵敏度)依赖于温度特性。另一方面，上述电压可变电路13在将图11所示的上述基准电阻42、44、46、49以同一种类的电阻阵列设计的情况下，分压比不论温度如何都总是大致一定。此外，也不特别需要根据上述磁场检测元件10的温度特性而进行温度补偿。这里，在上述磁场检测元件10中，假设与低温、常温相比，高温下的磁场灵敏度更低。在此情况下，即使对磁场检测元件10施加相同的磁场X [mT]，也与低温、常温相t匕，高温时VDD/2+ (Vp-Vn)X (R2/R1+1)的值更低。因此，在图5中说明的输出电压(电压B)变低。所以，在低温、常温下在寄存器4B中设定了 Xl-I的情况下，在高温时上述输出电压B变得比上述电压可变电路13的输出26低，有可能不能检测到磁场X [mT]。需要设定考虑了温度特性的基础上的χι-i。在此情况下，在磁场施加时的上述输出电压B变得最低的温度条件(在本说明中是高温)下，在微型计算机出厂检查时执行图4A 图4E所示的磁场检测设定算法。由此，不仅能够减少样本偏差，还能够减少温度偏差而可靠地进行检测。这样，在微型计算机出厂检查时，通过将图4A 图4E所示的磁场检测设定算法在磁场灵敏度变弱的温度条件下执行，能够实现精度更高的磁场检测。如以上说明，本实施方式的磁场检测微型计算机具备磁场检测元件10，用于检测磁场；差动放大器11，将磁场检测元件10的输出电压放大；电压可变电路13，根据电压控制信号(控制信号29),生成可变的基准电压；比较器12,个差动放大器11的输出与电压可变电路13生成的基准电压比较；电压控制寄存器(寄存器4B)，保持用于控制上述电压可变电路生成的基准电压的电平的电压控制值，将具有该电压控制值的电压控制信号(控制信号29)向电压可变电路13输出；存储部(R0M16),将作用于磁场检测兀件10的磁场的强度即磁场强度、与在使电压控制值增加或减小的情况下比较器的输出反转的紧前或紧后的电压控制值对应起来，预先存储为第I表；以及CPU15，在上述电压控制寄存器中设定与检测对象的磁场对应的电压控制值，根据比较器12的比较结果及第I表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。 根据该结构，将电压控制值和磁场强度预先存储到存储部(R0M16)中，通过在电压控制寄存器(寄存器4B)中设定与检测对象的磁场对应的电压控制值的简单的处理，能够判断是否有与电压控制值对应的磁场强度。即，能够容易地判断是否有与电压控制值对应的磁场强度。此外，以往的电压可变电路是生成两种基准电压的结构。但是，本实施方式的磁场检测微型计算机19的电压可变电路13是生成I个基准电压(输出26)的结构。因此，能够使电压可变电路13的结构变简单。因而，本实施方式的磁场检测微型计算机19不需要复杂的结构的电压可变电路，能够容易地判断是否有磁场强度。即，磁场检测微型计算机19能够使用简单的结构的电压可变电路13容易地判断是否有磁场强度。此外，通过将电压控制值和磁场强度预先存储到存储部(R0M16)中，能够容易地判断是否有与电压控制值对应的磁场强度。此外，不需要复杂的模拟电路，能够容易地降低传感器(磁场检测元件10)的特性偏差。差动放大器11能够根据增益控制信号而改变增益。即，根据增益控制信号所具有的增益控制值，差动放大器11的输出的增益(放大度)被切换。磁场检测微型计算机19也可以是还具备增益控制寄存器(寄存器4A)的结构，该增益控制寄存器保持增益控制值，将具有该增益控制值的增益控制信号(控制信号28)向差动放大器11输出。第I表存储在R0M16中，按每个增益控制值而预先存储磁场强度及电压控制值。CPU15在检测磁场的情形中，使保持在电压控制寄存器(寄存器4B)中的电压控制值依次增加或减小，当比较器的输出反转时，从第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度作为检测出的磁场强度。CPU15在设定表的情形中，在将已知的磁场(例如，无磁场、磁场X、Y、Z等的某个)作用在磁场检测元件10上的状态下，使电压控制寄存器(寄存器4B)的保持值依次增加或减小，当比较器的输出反转时，将反转的紧前或紧后的寄存器4B的值作为与该已知的磁场对应的电压控制值写入到第I表(图2A的表)中。图2B的表(第2表)、图2C的表也能够同样地制作。另外,在上述实施方式中，作为任意的磁场的例子而使用磁场X、磁场Y、磁场Z的3个例子进行了说明，但并不限于3个，是几个都可以。
(第2实施方式)图6是有关本发明的实施方式2的磁场检测微型计算机19A的模块图。以下，对于磁场检测微型计算机19A的结构，主要说明与图I的磁场检测微型计算机19的不同点。如图6所示，磁场检测微型计算机19A与图I的磁场检测微型计算机19相比，电压可变电路13被替换为DAC50。DAC50是D/A变换器。S卩，上述电压可变电路13也可以是D/A变换器(DAC50)。DAC50生成作为基准电压的输出51。此外，上述DAC50的输出51与模拟输出选择电路54的输入连接。上述模拟输出选择电路54与用于选择输出26、52中的某一个的控制信号55连接。上述控制信号55与寄存器4D连接。输出52作为DAC输出端子而与微型计算机的半导体芯片上的作为信号的取出口·的焊盘(pad) 53连接。根据这样的结构，在想要通用地使用DAC50的情况下，可以通过微型计算机的程序任意地设定寄存器4D的值，将上述DAC50的输出51向DAC输出端子(焊盘53)输出。此外，在想要进行磁场检测的情况下，可以将上述DAC50的输出51作为输出26而输出。所以，能够通过微型计算机的程序将对应于任意的数字代码的模拟输出向端子发出，作为DAC发挥功能。另一方面，在根据控制信号55选择了输出26时,能够进行磁场的检测。有时在微型计算机中以通用的目的而原本内置有DAC。如果对DAC内置微型计算机采用本实施方式，则不需要电压可变电路13，能够削减芯片面积。微型计算机(磁场检测微型计算机19A)中内置的DAC50 —般是8_bit分辨率以上的情况较多。在DAC50是8-bit DAC的情况下，在电源电压VDD例如为3V时，DAC50的分辨率为3V/ (28-1)=约I. 2mV的分辨率。在此情况下，基于图4A 图4E的算法，能够从GND到VDD的大范围中高精度地设定模拟输出选择电路54的输出26的电位。此外，微型计算机内置的DAC50根据系统用途而可设计地执行向作为DAC输出端子的焊盘53输出、以及作为磁场检测而向上述输出26输出，由此能够分时地兼用。因此，不再需要电压可变电路13，提供最小且高精度的磁场检测微型计算机。这里，前面已说明图6的输出25发生VDD/2+ (Vp-Vn) X (R2/R1+1)的电位。基于本实施方式，输出26中发生上述DAC50的输出((VDD/ (2n_l)) XDAC设定值)的电位。η是n-bit DAC的η。在想要检测某个任意的磁场X [mT]的情况下，当施加磁场X [mT]时，如果CPU15设定DAC50的值(DAC设定值)以使以下的式I成立，则CPU15能够检测磁场X[mT]。VDD/2+ (Vp-Vn) X (R2/R1+1) > ((VDD/ (2n_l)) XDAC 设定值)...(式 I)因此，本实施方式的磁场检测微型计算机19A对于多个磁场强度，能够根据基于式I的DAC设定值，容易地进行磁场检测的设定。结果，不需要用于进行磁场检测的复杂的模拟电路等。上述DAC设定值可以通过图5的算法按每个样本设定DAC设定值。因此，能够减小各样本的工艺偏差，可靠且容易地实现多个磁场检测。(第3实施方式)图8、图9及图10是有关本发明的实施方式3的磁场检测微型计算机的检测磁场极性的算法，以下说明其动作。有关本实施方式的磁场检测微型计算机是有关第I实施方式的磁场检测微型计算机19。有关本实施方式的磁场检测微型计算机19预先存储作用于上述磁场检测元件10的S极的磁场强度、以及表示上述比较器12的输出反转的条件的电压控制值。上述第I表(图2A的表)预先存储作用于上述磁场检测元件10的N极的磁场强度、以及表示上述比较器12的输出反转的条件的电压控制值。上述CPU15将使用上述第I表的磁场检测和使用上述第2表(图2B的表)的磁场检测各按规定次数交替地进行。以下，说明有关本实施方式的磁场检测微型计算机19进行的具体的处理。图7表示内置有磁场检测元件的微型计算机与磁铁的关系，对作为微型计算机芯片的微型计算机的平面垂直地施加了磁场。所谓微型计算机，相当于在各实施方式中说明的磁场检测微型计算机(例如磁场检测微型计算机19)。有关本实施方式的磁场检测微型计算机19预先存储作用于上述磁场检测元件10 的S极的磁场强度、以及表示上述比较器12的输出反转的条件的电压控制值。在本实施方式中使用的上述第I表(图2A的表)预先存储作用于上述磁场检测元件的N极的磁场强度、以及表示上述比较器的输出反转的条件的电压控制值。在将磁铁的N极接近于微型计算机的情况下，发生正极性的磁场，在将磁铁的S极接近于微型计算机的情况下，发生负极性的磁场。在图8、图9及图10中表示检测图7所示的磁场方向的方法。以下，将磁铁的N极及S极还简称为N极及S极。图8表示N极侧接近微型计算机时的正极磁场检测的设定算法和动作时间图。在图8的设定算法中，例如制作图2A的磁场检测判断表。在将N极接近于微型计算机的情况下，发生Vp>Vn的电位差。因此，在输出25中，通过VDD/2+ (Vp-Vn) X (R2/R1+1)的式的第二项成为正，发生比VDD/2高的电压。本实施方式的检测电平的算法与在图5中说明的算法相同。即，如果决定了用于检测磁场X [mT]的DAC50的输出电压(输出51),则如图8所不,能够通过施加无磁场和磁场X [mT]，根据上述比较器12的输出Xl-I来判断。图9表示使S极侧接近于微型计算机时的负极磁场检测的设定算法。在图9的设定算法中，例如制作图2B的磁场检测判断表。以下说明本实施方式的动作。图9等于相对于图8的正极性的X [mT]的施加，施加负极性的-X [mT]。在将S极接近于微型计算机的情况下，发生Vp〈Vn的电位差。因此，VDD/2+ (Vp-Vn) X (R2/R1+1)的式的第二项成为负。因此，在输出25中发生比VDD/2低的电压。此时，如图9所示，对磁场检测元件10施加了磁场-X时的差动放大器11的输出电压为电压-B。此时，CPU15将上述电压可变电路13的寄存器4B的数字设定值增加，重复比较动作，直到上述比较器12的输出27成为H为止。当上述电压可变电路13的输出26成为比上述输出25小的值时，上述比较器12的输出27成为H。CPU15将对此时的上述电压可变电路13的寄存器4B的值加上I以上而得到的数字值(即紧后的值)作为-X1+1保持在上述R0M16中。如果决定了用于检测磁场-X [mT]的DAC50的输出电压-X1+1，则如图9所示，能够通过对磁场检测元件10施加无磁场及磁场-X[mT]，CPU15根据上述比较器12的输出27来判断N/S极。接着，使用图10、图3，说明N极/S极施加判断微型计算机执行顺序。为了判断对磁场检测元件10 (微型计算机)的N极的磁场的施加，CPU15将写入到上述R0M16中的Xl-I的值保持在寄存器4B中(S11)，基于图3所示的动作进行X磁场的判断。接着，为了判断S极的磁场，CPU15将写入到上述R0M16中的-X1+1的值保持在寄存器4B中，与图3所示的动作同样，进行-X磁场的判断。如图10所示，分时地执行微型计算机程序。即，上述CPU15将使用上述第I表的磁场检测和使用上述第2表的磁场检测各按规定次数交替地进行。由此，CPU15能够判断N/S极的磁场是否被施加在磁场检测元件10 (微型计算机)上。
分时的定时频度当然可以按照所要求的组件规格而通过程序最优地设定。图10的电源关闭表示使磁场检测元件10的开关30、31断开的状态。通过电源关闭，削减了流过磁场检测元件10的电流。根据本实施方式，能够进行半导体基板上的垂直的磁场的方向(N极/S极)的检测、以及多个希望的磁场强度的检测。(第4实施方式)图13是有关本发明的实施方式4的磁场检测微型计算机19B的模块图。本实施方式的磁场检测微型计算机19B具备升压电路100，使电源电压升压；以及电压切换电路104，选择被升压后的电源电压和未被升压的电源电压中的一方，将所选择的电源电压提供给上述磁场检测元件。第I表(图2A的表)预先存储与被升压后的电源电压及未被升压的电源电压分别对应的上述磁场强度及上述电压控制值。上述CPU15使用与由上述电压切换电路104选择的电源电压对应的电压控制值，检测磁场强度。接着，对磁场检测微型计算机19B的结构、以及磁场检测微型计算机19B进行的具体的处理进行说明。首先，对于磁场检测微型计算机19B的结构，主要说明与图6的磁场检测微型计算机19A的不同点。如图13所示，磁场检测微型计算机19B与图6的磁场检测微型计算机相比，还具备升压电路100和电压切换电路104。升压电路100使电源电压升压。上述升压电路100在升压的基准电位101上连接电源VDD，将作为升压后的输出信号的输出102连接在上述电压切换电路104的一个输入上。电压切换电路104的输入103连接在VDD上。电压切换电路104根据控制信号106,将上述输出102、上述输入103的某一方作为输出105输出。即，电压切换电路104选择被升压后的电源电压和未被升压的电源电压中的一方，将所选择的电源电压提供给上述磁场检测元件。控制信号106与寄存器4E连接。在寄存器4E中，能够由CPU15任意地设定值。升压电路100 —般在IXD显示功能内置微型计算机中内置有用于驱动IXD的IXD升压电路。另外，上述升压电路100也可以兼用作上述IXD升压电路。在上述升压电路100是k倍升压电路的情况下，输出102成为kXVDD的电位。在选择上述升压电路100的输出102作为磁场检测元件10的电源电压的情况下，通过微型计算机的程序在寄存器4E中设定选择值。磁场检测元件10的上述端子21与上述端子22之间的差电压与被施加的电源电压成比例地变大。此时，在设磁场检测元件10的电源电压灵敏度系数为h的情况下，根据式1，输出25成为kXVDD/2+h (Vp-Vn) X (R2/R1+1)。因此，输出25 (输出电压)增大与h的系数相当的量。由此，特别在检测微小磁场时是有效的。此时，在想要检测某个任意的微小的磁场ΛΧ [mT]的情况下，当施加磁场ΛΧ [mT]时，CPU15通过将DAC50的值(DAC设定值)设定为以下的式2成立，CPU15能够检测微小的磁场ΛΧ [mT]。S卩，上述CPU15使用与由上述电压切换电路104选择的电源电压对应的电压控制值检测磁场强度。kXVDD/2+h (Vp-Vn) / (R2/R1+1) > ((VDD/ (2n_l)) XDAC 设定值)...(式 2)(第5实施方式)
图14是在有关本发明的第5实施方式的磁场检测微型计算机中使用的半导体基板200的立体图。有关第5实施方式的磁场检测微型计算机是磁场检测微型计算机19、19A、19B的哪种都可以。上述磁场检测元件10、上述差动放大器11、上述电压可变电路13、上述比较器12、上述电压控制寄存器(寄存器4B)、上述存储部(R0M16)及上述CPU15形成在同一半导体基板200上。另外，在图14中，为了图的简略化，仅表示包含在磁场检测微型计算机中的全部构成要素中的、形成在半导体基板200上的一部分构成要素。例如，在图14中，没有表示差动放大器11、电压可变电路13、比较器12、寄存器4B、R0M16、CPU15等。以下，对半导体基板200的结构详细地说明。半导体基板200为P型基板。另外，半导体基板200并不限定于P型基板，也可以
是N型基板。在半导体基板200上，形成磁场检测元件10。此外，在半导体基板200上，形成有N阱(Nwell)201、202。在N阱201的四个角，形成有端子21、22、23、24。端子21、22、23、24作为电极取出口发挥功能。S卩，在半导体基板200上，形成有作为霍尔元件的磁场检测元件10。S卩，上述磁场检测元件10是霍尔元件。在N阱202上，作为P沟道晶体管而形成有掺杂为P型的源极203、漏极205、栅极204。此外，在半导体基板200上，作为N沟道晶体管而形成有掺杂为N型的源极208、漏极206、栅极 207。形成P沟道晶体管的N阱202和形成霍尔元件的N阱201是同一个N阱。N阱202是形成细微CMOS的N阱，N阱202的浓度为适合于细微工艺的浓度。一般，霍尔元件的灵敏度与载流子(carrier)移动度μ成比例，N阱的浓度越低则载流子移动度μ越高。因此，为了提高霍尔元件的灵敏度，适当调整N阱的浓度，以使得在单体霍尔元件及单体霍尔IC中载流子移动度μ变大。但是，在通过与微型计算机相同的基板、相同的细微CMOS工艺形成霍尔元件的情况下，不得不以由细微CMOS形成的N阱的浓度形成。因此，与使用最优的工艺的单体霍尔元件、单体霍尔IC相比，一般难以提高内置霍尔元件(磁场检测元件10)的灵敏度。
但是，如果利用图I、图6或图13所示的磁场检测微型计算机及图5等的磁场检测设定算法，则通过使上述基准电阻R2的电阻根据向上述差动放大器11的控制信号28而可变，能够使差动放大器11的放大率提高。进而，通过将电压可变电路13的控制信号29用微型计算机程序任意地设定，能够降低样本偏差。进而，能够通过上述升压电路100提高上述霍尔元件(磁场检测元件10)的灵敏度，并且在微型计算机出厂检查时能够降低温度特性偏差。因此，即使使用细微CMOS上的N阱，也能够补偿磁场灵敏度的下降而可靠地实现磁场检测。这样，以往难以将霍尔元件或霍尔IC与微型计算机通过同一工艺实现，但通过能够通过同一工艺在同一基板上实现，能够实现小面积、低成本的磁场检测微型计算机。特别是，在非易失性Flash微型计算机中，多数情况下搭载有与通常的易失性CMOS掩模ROM微型计算机相比高耐压的晶体管。在此情况下，利用霍尔元件的灵敏度变高的N阱、即利用形成载流子移动度μ变高的高耐压元件的N阱来形成霍尔元件更为有效。
(第6实施方式)图15是有关本发明的第6实施方式的磁场检测微型计算机的半导体布局图。图15所示的各构成要素形成在半导体基板200上。在半导体基板200的四个角(角单元上)，形成霍尔元件部300、301、302、303。霍尔元件部300、301、302、303分别是形成图14的作为霍尔元件的磁场检测元件10的部分(区域)。在被上述霍尔元件部300、301、302、303夹着的区域314、315、316、317中，配置有IO 单元 305、306、307、308、309、310、311、312、313。在上述IO 单元 305、306、307、308、309、310、311、312、313 的各自之中配置焊盘304。此外，由区域314、315、316、317包围的区域是形成R0M16、RAM17，周边逻辑18等的电路区域。该电路区域是用标准单元组装的电路区域。接着，对于图15的区域350，使用图16说明详细的布局。在图16中，对于图15还表示IO单元308、309的电源线352、电源线353。电源线352是供给电压VDD的线。电源线352是供给电压VSS的线。电源线352、电源线353作为各IO单元308、309的电源而被连接。电源线352、电源线353配置成不与上述霍尔元件部301的端子21、22、23、24交叉。在图16中，表示霍尔元件部301的N阱201、10单元305的N阱354、IO单元309的N阱355。像这样被IO单元308和IO单元309夹着的四个角的角单元区域一般仅配置有电源线352、353，为空闲区域。通过在上述空闲区域中配置N阱201、在N阱201上连接作为电极的端子21、22、23、24，在霍尔元件部301中能够构成磁场检测元件10。根据这样的结构，在将图I的磁场检测元件10用霍尔元件形成的情况下，能够不增加霍尔元件的面积而将磁场检测元件10配置到单芯片上，能够实现低成本化。此外，在单芯片上，由于能够在与作为针对上述作为霍尔元件的磁场检测元件10(传感器)的噪声源的各种电路最远的地方的四个角配置上述霍尔元件(磁场检测元件10)，所以不易受到微型计算机动作时的噪声的影响，是有效的。在本实施方式中，作为霍尔元件的磁场检测元件10形成在上述半导体基板200的4个角。另外，霍尔元件并不限定于形成在半导体基板200的4个角全部，例如也可以仅形成在半导体基板200的4个角中的I个角。即，上述作为霍尔元件的磁场检测元件10形成在上述半导体基板200的4个角中的至少I个角。(第7实施方式)图17是有关本发明的实施方式7的磁场检测微型计算机405的模块图。如图17所示，磁场检测微型计算机405具备磁场检测电路块400、401、402、403、CPU15、R0M16、RAMl7 和周边逻辑 18。磁场检测电路块400包括图I所示的作为霍尔元件的磁场检测元件10、差动放大器11、比较器12、电压可变电路13及各控制信号28、29。另外，磁场检测元件10、差动放大器11、比较器12、电压可变电路13等的连接结构与图I的连接结构相同。磁场检测电路块401、402、403的各自的结构与磁场检测电路块400的结构相同。·S卩，磁场检测微型计算机405除了磁场检测电路块401以外，还具备结构与上述磁场检测元件10相同的3个磁场检测元件10、以及结构与包括上述差动放大器11、上述电压可变电路13及上述比较器12的组件相同的3个组件。上述CPU15分别使用4个组件(磁场检测电路块400、401、402、403)检测磁场。磁场检测电路块400、401、402、403分别包括霍尔元件部300、301、302、303。霍尔元件部300的输出相当于输出27。此外，霍尔元件部301、302、303的输出分别相当于输出410、输出420、输出430。霍尔元件部300、301、302、303如在图15中说明那样，配置在半导体基板200的四个角。在霍尔元件部300、301、302、303的各自上，形成磁场检测元件10。即，4个上述磁场检测元件10配置在上述半导体基板200的4个角。根据这样的结构，霍尔元件部300、301、302、303配置在半导体基板200上的作为空闲区域的四个角的角单元上。由此，能够削减用于配置霍尔元件部的面积。此外，由于能够在半导体基板200的对角线上最外轮廓上配置霍尔元件部300、301、302、303，所以CPU15能够敏感地检测磁场的方向。将这一点用图18的动作时间图、图19的表示磁场施加状态的图进行说明。图18的输出27、输出410、输出420、输出430分别对应于图15、图17的霍尔元件部300、301、302、303 的输出 27、410、420、430。假设在图18的H输出脉冲的定时、即在各霍尔元件上的垂直磁场达到希望的磁场强度时输出H脉冲而检测到磁场。图19是相对于图15追加图不了磁场的方向(朝向)YL、XR、YR、XL 的图。在图18中，CPU15在以输出27、输出410的顺序检测到磁场的情况下，磁场的朝向是图19所示的磁场YL方向。在CPU15以输出410、输出420的顺序检测到磁场的情况下，磁场的朝向是图19所不的磁场XR方向。在CPU15以输出420、输出430的顺序检测到磁场的情况下，磁场的朝向是图19所不的磁场YR方向。在CPU15以输出430、输出27的顺序检测到磁场的情况下，磁场的朝向是图19所示的磁场XL方向。磁场的朝向通过霍尔元件面上的垂直磁场的强度而表现为时间轴上的相位。图18所示的CLK是微型计算机的时钟，通过利用上述周边逻辑18所包含的计时器对CLK进行计时，能够检测相位的偏差。此外，CPU15如上述那样，能够通过微型计算机控制来检测磁场的方向(朝向)YL、XR、YR、XL。此外，在磁场检测时，当然能够通过用微型计算机的程序将上述升压电路100、上述差动放大器11的放大度、上述电压可变电路13分别设定为最优的值，来设定为最优的检测状态。这样，根据本实施方式，能够削减用于配置上述霍尔元件部的面积，能够通过已有的微型计算机工艺来实现微型计算机与霍尔元件的混载单芯片化。即，在已有的微型计算机的制造工艺中，能够实现微型计算机与霍尔元件的混载单芯片化。此外，能够检测半导体基板水平方向的磁场的朝向(芯片IO上边的X方向、芯片IO左边的Y方向、芯片IO下边的X方向、芯片IO右边的Y方向)，能够提供低成本的磁场检测微型计算机。S卩，能够以最小面积且低成本实现各样本的霍尔元件的偏移误差的降低、温度特性的降低等。 此外，在本实施方式中，也可以是，不仅在单芯片上的四个角、还在IO段的任意的地方追加配置霍尔元件，来提高磁场方向的检测精度。此外，关于芯片尺寸，由于正方形为对于各四个角的霍尔元件而言均匀的条件，所以特别有效。即，半导体基板200的形状优选的是正方形。通过以上的各实施方式，能够通过最小限度的手段降低传感器的样本偏差误差。此外，能够进行半导体基板200上的垂直的磁场的朝向(N极/S极)的检测、及多个所望的磁场强度电平的检测。此外，能够削减用于配置霍尔元件部的面积，能够通过已有的微型计算机工艺实现微型计算机与霍尔元件的混载单芯片化。此外，能够检测半导体基板200的水平方向的磁场的朝向(芯片IO上边的X方向、芯片IO左边的Y方向、芯片IO下边的X方向、芯片IO右边的Y方向)，能够提供低成本的磁场检测微型计算机。(功能模块图)图20是表示磁场检测微型计算机500的特征性的功能结构的模块图。磁场检测微型计算机500相当于上述磁场检测微型计算机19、19A、19B、405的某个。S卩，图20是表示磁场检测微型计算机19、19A、19B、405中的某一个所具有的功能中的与本发明有关的主要的功能的模块图。磁场检测微型计算机500具备磁场检测元件510、差动放大器520、电压可变电路530、比较器540、电压控制寄存器550、存储部560和CPU570。磁场检测元件510是用于检测磁场的元件。磁场检测元件510相当于磁场检测元件10。差动放大器520将上述磁场检测元件510的输出电压放大。差动放大器520相当于差动放大器11。电压可变电路530根据电压控制信号(控制信号29)生成可变的基准电压。电压可变电路530相当于电压可变电路13或DAC50。比较器540将上述差动放大器520的输出与上述电压可变电路530生成的基准电压比较。并且，比较器540将该比较结果输出。比较器540相当于比较器12。比较器540输出的比较结果相当于输出27。电压控制寄存器550保持电压控制值，将具有该电压控制值的上述电压控制信号向上述电压可变电路530输出。该电压控制值是用于控制上述电压可变电路所生成的基准电压的电平的值。电压控制寄存器550相当于寄存器4B。存储部560将作用于上述磁场检测元件510的磁场的强度即磁场强度、与在使上述电压控制值增加或减小的情况下上述比较器540的输出反转的紧前或紧后的上述电压控制值对应起来，预先存储为第I表。存储部560相当于R0M16。第I表例如相当于图2A的磁场检测判断表。CPU570在上述电压控制寄存器550中设定与检测对象的磁场对应的电压控制值。此外，CPU570根据上述比较器540的比较结果及上述第I表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。CPU570相当于CPU15。另外，包含在磁场检测微型计算机500中的差动放大器520、电压可变电路530、比较器540、电压控制寄存器550、存储部560及CPU570的全部或一部分也可以由I个LSI (Large Scale Integration :大规模集成电路)等的硬件构成。以上，基于实施方式对本发明的磁场检测微型计算机进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨，对本实施方式实施了本领域的技术人员能够想到的各种变形的形态、或者将不同的实施方式的构成要素组合而构建的形态也包含在本发明的范围内。此外，本发明也可以作为以有关上述各实施方式的磁场检测微型计算机所具备的特征性的结构部的动作为步骤的磁场检测方法实现。此外，本发明也可以作为使计算机执行包含在这样的磁场检测方法中的各步骤的程序实现。此外，本发明也可以作为保存这样的程序的计算机可读取的记录媒体实现。此外，该程序也可以经由因特网等的传送媒体分发。这里公开的实施方式在所有方面都是例示而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述说明表示、而是由权利要求书表示，意味着包含与权利要求等效的意义及范围内的全部变更。工业实用性本发明作为不需要复杂的结构的电压可变电路、能够容易地判断是否有磁场强度的磁场检测微型计算机具有实用性。符号说明IJ 总线4A、4B、4C、4D、4E 寄存器10、510磁场检测元件11、520差动放大器12,540 比较器13,530电压可变电路15、570CPU16R0M16a 表部17RAM18周边逻辑
19、19A、19B、405、500磁场检测微型计算机21、22、23、24 端子25、26、27、51、52、66、68、102、105、410、420、430、0爪、0^^输出28、29、55、106 控制信号30、31 开关42、44、46、49、R1、R2 基准电阻43、45、47、48 模拟开关50DAC 53、304 焊盘54模拟输出选择电路60,61运算放大器65、67-输入100升压电路101基准电位103 输入104电压切换电路200半导体基板201、202、354、355N 阱203、208 源极204、207 栅极205、206 漏极300、301、302、303 霍尔元件部305、306、307、308、309、310、311、312、31310 单元314、315、316、317、350 区域352,353 电源线400、401、402、403磁场检测电路块550电压控制寄存器560存储部X传感器ICX3输出端子X4输入端子Y微型计算机HALl霍尔元件AMPl放大电路CMPl比较电路BLl基准电压电路SWl开关电路0UTB、VTH1、VTH2 基准电压
权利要求
1.一种磁场检测微型计算机，具备 磁场检测元件，用于检测磁场； 差动放大器，对上述磁场检测元件的输出电压进行放大； 电压可变电路，根据电压控制信号，生成可变的基准电压； 比较器，对上述差动放大器的输出与上述电压可变电路生成的基准电压进行比较； 电压控制寄存器，保持用于控制上述电压可变电路生成的基准电压的电平的电压控制值，将具有该电压控制值的上述电压控制信号向上述电压可变电路输出； 存储部，将作用于上述磁场检测元件的磁场的强度即磁场强度、与在使上述电压控制值增加或减小的情况下上述比较器的输出反转的紧前或紧后的上述电压控制值对应起来预先存储为第I表；以及 CPU，对上述电压控制寄存器设定与检测对象的磁场对应的电压控制值，根据上述比较器的比较结果及上述第I表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。
2.如权利要求I所述的磁场检测微型计算机， 上述差动放大器的增益根据增益控制信号而可变； 上述磁场检测微型计算机还具备增益控制寄存器，该增益控制寄存器保持用于设定上述差动放大器的增益的增益控制值，将具有该增益控制值的增益控制信号向上述差动放大器输出； 上述第I表按每个增益控制值，预先存储上述磁场强度及上述电压控制值。
3.如权利要求I或2所述的磁场检测微型计算机， 上述CPU使保持在上述电压控制寄存器中的上述电压控制值依次增加或减小，在上述比较器的输出反转时，从上述第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度，作为检测出的磁场强度。
4.如权利要求I 3中任一项所述的磁场检测微型计算机， 上述电压可变电路是D/A变换器。
5.如权利要求I所述的磁场检测微型计算机， 上述磁场检测微型计算机还预先存储作用于上述磁场检测元件的S极的磁场强度、以及表示上述比较器的输出反转的条件的电压控制值； 上述第I表预先存储作用于上述磁场检测元件的N极的磁场强度、以及表示上述比较器的输出反转的条件的电压控制值。
6.如权利要求5所述的磁场检测微型计算机， 上述CPU将使用上述第I表的磁场检测和使用上述第2表的磁场检测各按规定次数交替地进行。
7.如权利要求I所述的磁场检测微型计算机， 上述磁场检测微型计算机还具备 升压电路，使电源电压升压；以及 电压切换电路，选择被升压的电源电压和未被升压的电源电压中的一方，将所选择的电源电压提供给上述磁场检测元件； 上述第I表预先存储与被升压的电源电压及未被升压的电源电压分别对应的上述磁场强度及上述电压控制值；上述CPU使用与上述电压切换电路所选择的电源电压对应的电压控制值检测磁场强度。
8.如权利要求I 7中任一项所述的磁场检测微型计算机， 上述磁场检测元件是霍尔元件； 上述磁场检测元件、上述差动放大器、上述电压可变电路、上述比较器、上述电压控制寄存器、上述存储部以及上述CPU形成在同一半导体基板上。
9.如权利要求8所述的磁场检测微型计算机， 上述霍尔元件形成在上述半导体基板的4个角中的至少I个角。
10.如权利要求8所述的磁场检测微型计算机， 上述磁场检测微型计算机还具有 结构与上述磁场检测元件相同的3个磁场检测元件；以及 结构与包括上述差动放大器、上述电压可变电路及上述比较器的组件相同的3个组件； 4个上述磁场检测元件配置在上述半导体基板的4个角； 上述CPU分别使用4个组件来检测磁场。
11.一种磁场检测方法，是磁场检测微型计算机的磁场检测方法， 上述磁场检测微型计算机具备 磁场检测元件，用于检测磁场； 差动放大器，对上述磁场检测元件的输出电压进行放大； 电压可变电路，根据电压控制信号，生成可变的基准电压； 比较器，对上述差动放大器的输出与上述电压可变电路生成的基准电压进行比较； 电压控制寄存器，保持用于控制上述电压可变电路生成的基准电压的电平的电压控制值，将具有该电压控制值的上述电压控制信号向上述电压可变电路输出；以及 存储部，将作用于上述磁场检测元件的磁场的强度即磁场强度、与在使上述电压控制值增加或减小的情况下上述比较器的输出反转的紧前或紧后的上述电压控制值对应起来，预先存储为第I表； 上述磁场检测方法中， 对上述电压控制寄存器设定与检测对象的磁场对应的电压控制值； 判断上述比较器的输出是否反转； 在判断为上述比较器的输出反转的情况下，从上述第I表读出与该电压控制值对应的磁场强度。
全文摘要
磁场检测微型计算机(19)具备磁场检测元件(10)；差动放大器(11)；电压可变电路(13)，生成可变的基准电压；比较器(12)，将差动放大器(11)的输出与基准电压比较；寄存器(4B)，将电压控制值向上述电压可变电路输出；ROM(16)，将磁场强度与上述电压控制值对应起来预先存储为第1表；CPU(15)，对寄存器(4B)设定电压控制值，根据上述比较器(12)的比较结果及上述第1表，判断是否有与该电压控制值对应的磁场强度。
文档编号H01L43/06GK102971640SQ20118003335
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月30日
发明者小松茂行, 富田英雄 申请人:松下电器产业株式会社