JP2004119517A - Ｍｉセンサ、ｍｉセンサ用のｉｃチップおよびそのｍｉセンサを備えた電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化が可能でかつ高感度なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップおよびそのＭＩセンサを備えた電子装置を提供する。
【解決手段】Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２ＹとＩＣチップ１３により構成され、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙは、ＩＣチップ１３の隣り合う２辺ＡＢ，ＢＣに面して配置され、ＭＩ素子に接続される励磁電流用電極１６及び励磁電流を供給するスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙがその２辺ＡＢ，ＢＣに配置される。Ｘ軸用のＭＩ素子１２Ｘとスイッチング回路２４Ｘとの位置関係、及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｙとスイッチング回路２４Ｙとの位置関係を同等とする。
【選択図】 図６
【解決手段】Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２ＹとＩＣチップ１３により構成され、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙは、ＩＣチップ１３の隣り合う２辺ＡＢ，ＢＣに面して配置され、ＭＩ素子に接続される励磁電流用電極１６及び励磁電流を供給するスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙがその２辺ＡＢ，ＢＣに配置される。Ｘ軸用のＭＩ素子１２Ｘとスイッチング回路２４Ｘとの位置関係、及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｙとスイッチング回路２４Ｙとの位置関係を同等とする。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱な磁場を検知可能なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップ及びそのＭＩセンサを備えた電子装置に関し、特に２つのＭＩセンサを駆動して磁場の方位及び大きさを検知可能でありかつ小型化を図ったＭＩセンサ用のＩＣチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁場を検知可能な磁気センサとして、外部磁場により抵抗値が変化する磁気抵抗効果型素子が広く用いられている。磁気抵抗効果型素子は直流のセンス電流を印可し、抵抗変化を電圧により検出するものである。
【０００３】
また、軟磁性体よりなるアモルファスワイヤに高周波あるいはパルスの電流を印加するとアモルファスワイヤに平行な外部磁場成分に応じて、アモルファスワイヤのインピーダンスが変化することが見出され、磁気インピーダンス効果と呼ばれている。この磁場検出素子はＭＩ素子、この効果を利用した磁気センサはＭＩセンサと呼ばれている。ＭＩセンサは磁気抵抗効果型素子より高感度のため、磁気ヘッドから磁気コンパスとして自動車等のナビゲーションシステムに利用され始めている。さらに、生体磁気の検知、自動車の磁気誘導システム等に広く応用されることが期待されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７６９３０号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、電子コンパスが携帯端末、例えば携帯電話機などに搭載されるようになっている。このような携帯端末は手のひら大であり、従来のディスクリートな電子回路を駆動・検出回路とＭＩ素子とによるＭＩセンサでは、携帯端末の小型化を図れないという問題がある。
【０００６】
また、ＭＩセンサは２つのＭＩ素子により磁場ベクトルを２軸に分解してそれぞれ検出し、次いで合成して実際の磁場に変換する。ＭＩセンサでは数百ｋＨｚ以上の高周波あるいはパルスが使用されているため、それぞれのＭＩ素子の印加信号が異なると検出信号が異なり、現実とは異なる磁場を表示してしまう。また、小型化して集積化すると一方のＭＩ素子に必要な信号が、クロストークにより他方に対してはノイズになってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化が可能でかつ高感度なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップおよびそのＭＩセンサを備えた電子装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の如く、外部磁場を検知するＭＩ素子からの検知信号が供給され、四角形状のＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記ＭＩ素子接続用電極は、当該ＩＣチップの辺の近傍に設けられるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、ＭＩ素子に励磁電流を供給するＭＩ素子接続用電極が四角形状を有するＩＣチップの辺の近傍に設けられている。ここで、ＩＣチップの辺の近傍とは、ＩＣチップを形成する基板の辺上、あるいは辺に可能な限り近い位置のみならず、ＩＣチップの中央から辺寄りの位置である（以下、「近傍」を同様の意味に用いる）。励磁電流は高周波も含むパルス状で比較的大電流であるので、ＭＩ素子と電極とを結ぶ配線がアンテナとなって電磁波を放出し、ＩＣチップの磁場の大きさを表す出力信号の信号対雑音比を低下させてしまうという問題があるが、このような位置にＭＩ素子接続用電極を設けることにより、通常ＩＣチップの辺に面して設けられるＭＩ素子との配線長を短縮し電磁波の放射を抑制することができる。その結果、信号対雑音比の良好な、すなわち高感度なＭＩセンサ用のＩＣチップを実現できる。なお、電流供給用スイッチング手段は例えば図４に示すスイッチング回路である。
【００１０】
請求項２に記載の如く、請求項１記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段をＭＩ素子接続用電極と同じ辺の近傍に設けられる。例えば、ＭＩ素子接続用電極はＩＣチップの再表層のパッシベーション層上に形成されているが、このＭＩ素子接続用電極の下側のＩＣチップ基板上に電流供給用スイッチング手段が設けられていてもよい。このような構成により、上述したＭＩ素子と電極との関係と同様に、配線長を短縮して励磁電流による電磁波の放出を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の如く、請求項１または２記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給されるＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極は互いに隣合う辺の各々の辺の近傍に配置され、前記電流供給用スイッチング手段は、第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極に挟まれた、前記四角形の第１の対角線に対して対称に離隔して配置される。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、ＩＣチップは四角形で、前記ＭＩ素子接続用電極は隣合う辺のその近傍にそれぞれ配置されている。また、ＩＣチップは２つのＭＩ素子に励磁電流を供給しそのための電流供給用スイッチング手段を２つ有している。さらに、電流供給用スイッチング手段は、ＭＩ素子接続用電極が配置された辺に挟まれた第１の対角線に対して対称に配置されている。したがって、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子までの２つの配線を同様に設けることができ、配線等の寄生抵抗や寄生容量により励磁電流の遅延や波形の変化を同等とすることでき、２つのＭＩ素子からの出力信号とのタイミングのずれを抑制することができる。また、各々の電流供給用スイッチング手段は離隔して配置されているので、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の如く、請求項３記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置される。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段を第１の対角線とは異なる第２の対角線上あるいはその近傍に配置することにより、２つの電流供給用スイッチング手段の距離を長くとることができる。したがって、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の如く、請求項３または４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、励磁電流のパルスのタイミングを決定するパルスを発生するパルス発生手段を各々電流供給用スイッチング手段から等距離に設ける。したがって、パルス発生手段からスイッチング回路までの配線等を同等として、寄生抵抗及び寄生容量に起因する各々の電流供給用スイッチング手段から流す励磁電流のタイミングのずれを同等とすることができる。その結果、処理手段において、ＭＩ素子からの出力信号を安定して処理できる。なお、パルス発生手段は例えば図４に示すパルス発生回路である。
【００１８】
請求項６に記載の如く、請求項３〜５のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記２つの電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、２つのＭＩ素子に誘起された検知信号のタイミングのずれを抑制し、サンプリング手段において安定して処理可能となる。なお、信号処理手段及びサンプリング手段は例えば図４に示す検出回路及びサンプリング回路である。
【００２０】
請求項７に記載の如く、請求項６記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されている。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、サンプリング手段は、電流供給用スイッチング手段が励磁電流を流すタイミングにあわせて、ＭＩ素子からの出力信号のサンプリングを行うことにより、安定して出力信号のピークを検出することができ、安定して外部磁場を測定することが可能となる。
【００２２】
請求項８に記載の如く、請求項６または７記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、外部からの切替信号に基づいて、前記励磁電流を供給するＭＩ素子を切替えるＭＩ素子切替用手段を有し、前記パルス信号発生手段を第１及び第２のＭＩ素子に対して共用する。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、パルス信号発生手段は第１及び第２のＭＩ素子に対して共用される。したがって、各々のＭＩ素子に供給されるパルス状の励磁電流の時間的なずれを防止し、信号処理手段でのサンプリングのタイミングのずれを抑制することができる。また、パルス信号発生手段を共用することにより、回路数を低減し、ＩＣチップを小型化することができる。なお、ＭＩ素子切替用手段は例えば図４に示すＸＹ軸切替スイッチである。
【００２４】
請求項９に記載の如く、請求項６〜８のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２５】
請求項１０に記載の如く、請求項９記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２６】
請求項１１に記載の如く、請求項１０記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を更に有し、前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２７】
請求項９〜１１記載の発明によれば、ＭＩ素子接続用電極は前記隣合う辺の近傍に配置されている。増幅手段、出力手段及び出力用電極は、その隣合う辺とは前記第２の対角線に対して反対側の当該ＩＣチップの領域に配置される。したがって、増幅手段、出力手段及び出力用電極が、第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極とは離隔して配置されることにより、電流供給用スイッチング手段のパルス状の励磁電流から生ずる電磁波に起因するノイズを低減することができる。なお、増幅手段及び出力手段はそれぞれ例えば図４に示す増幅回路及び出力回路である。
【００２８】
請求項１２に記載の如く、外部磁場を検知するＭＩ素子と、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給される四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記ＭＩ素子接続用電極は、ＭＩ素子に面する前記ＩＣチップの辺の近傍に設けられるＭＩセンサが提供される。
【００２９】
請求項１２記載の発明によれば、ＭＩ素子に励磁電流を供給するＭＩ素子接続用電極が、ＩＣチップのＭＩ素子に面する辺の近傍に設けられている。励磁電流は高周波も含むパルス状で比較的大電流であるので、ＭＩ素子と電極とを結ぶ配線がアンテナとなって電磁波を放出し、ＩＣチップの磁場の大きさを表す出力信号の信号対雑音比を低下させてしまうという問題がある。ＩＣチップの辺に面して設けられたＭＩ素子の近傍にＭＩ素子接続用電極を設けることにより、配線長を短縮し電磁波の放射を抑制することができる。その結果、信号対雑音比の良好な、すなわち高感度なＭＩセンサを実現できる。
【００３０】
請求項１３に記載の如く、請求項１２記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられる。
【００３１】
請求項１３記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段をＭＩ素子接続用電極と同じＭＩ素子に面する辺の近傍に設けられる。例えば、ＭＩ素子接続用電極はＩＣチップの再表層のパッシベーション層上に形成されているが、このＭＩ素子接続用電極の下側のＩＣチップ基板上に電流供給用スイッチング手段が設けられていてもよい。このような構成により、上述したＭＩ素子と電極との関係と同様に、配線長を短縮して励磁電流による電磁波の放出を抑制することができる。
【００３２】
請求項１４に記載の如く、第１のＭＩ素子と、前記第１のＭＩ素子が形成する平面と平行な平面上に、前記第１のＭＩ素子と所定角度をなして配置された第２のＭＩ素子と、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記第１及び第２のＭＩ素子は前記ＩＣチップの隣合う辺に面して配置され、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、第１及び第２のＭＩ素子に対して同等の位置に配置されるＭＩセンサが提供される。
【００３３】
請求項１４記載の発明によれば、第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子は平行な平面上で互いに所定角度をなして設けられている。所定の各度は０°でなければよく、９０°であることが好ましい。外部磁場の大きさを効率的に検知することができる。また、ＩＣチップは四角形で、前記ＭＩ素子接続用電極は隣合う辺のその近傍にそれぞれ配置されている。また、ＩＣチップは第１及び第２のＭＩ素子に励磁電流を供給しそのための電流供給用スイッチング手段を２つ有している。さらに、電流供給用スイッチング手段は、第１及び第２のＭＩ素子に対して同等に配置されている。したがって、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子までの２つの配線を同様に設けることができ、配線等の寄生抵抗や寄生容量により励磁電流の遅延や波形の変化を同等とすることでき、第１及び第２のＭＩ素子からの出力信号とのタイミングのずれを抑制することができる。その結果、高感度なＭＩセンサが実現できる。
【００３４】
請求項１５に記載の如く、請求項１４記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する辺が挟む第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置される。
【００３５】
請求項１５記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段を第１の対角線とは異なる第２の対角線上あるいはその近傍に配置することにより、２つの電流供給用スイッチング手段の距離を長くとることができる。したがって、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００３６】
請求項１６に記載の如く、請求項１４または１５記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００３７】
請求項１６記載の発明によれば、励磁電流のパルスのタイミングを決定するパルスを発生するパルス発生手段を各々電流供給用スイッチング手段から等距離に設ける。したがって、パルス発生手段からスイッチング回路までの配線等を同等として、寄生抵抗及び寄生容量に起因する各々の電流供給用スイッチング手段から流す励磁電流のタイミングのずれを同等とすることができる。その結果、処理手段において、ＭＩ素子からの出力信号を安定して処理できる。
【００３８】
請求項１７に記載の如く、請求項１４〜１６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサにおいて、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００３９】
請求項１７記載の発明によれば、２つのＭＩ素子に誘起された検知信号のタイミングのずれを抑制し、サンプリング手段において安定して処理可能となる。
【００４０】
請求項１８に記載の如く、請求項１７記載のＭＩセンサにおいて、前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されている。
【００４１】
請求項１８記載の発明によれば、サンプリング手段は、電流供給用スイッチング手段が励磁電流を流すタイミングにあわせて、ＭＩ素子からの出力信号のサンプリングを行うことにより、安定して出力信号のピークを検出することができ、安定して外部磁場を測定することが可能となる。
【００４２】
請求項１９に記載の如く、請求項１７または１８記載のＭＩセンサにおいて、外部からの切替え信号に基づいて、前記励磁電流を供給する第１軸及び第２軸のＭＩ素子を切り替える第２のスイッチング手段を設け、前記パルス信号発生手段及び信号処理手段を第１軸及び第２軸のＭＩ素子に対して共通に設ける。
【００４３】
請求項１９記載の発明によれば、パルス信号発生手段及び信号処理手段は第１及び第２のＭＩ素子に対して共通に設けられている。したがって、各々のＭＩ素子に供給される励磁電流及び信号処理手段でのサンプリングのタイミングのずれを抑制することができる。また、パルス信号発生手段及び信号処理手段を共通とすることにより、回路数を低減し、ＩＣチップを小型化することができる。
【００４４】
請求項２０に記載の如く、請求項１７〜１９のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサにおいて、前記ＩＣチップは、前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４５】
請求項２１に記載の如く、請求項２０記載のＭＩセンサにおいて、前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４６】
請求項２２に記載の如く、請求項２１記載のＭＩセンサにおいて、前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を有し、前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４７】
請求項２０〜２２記載の発明によれば、増幅手段、出力手段及び出力用電極は、第１及び第２のＭＩ素子が面する隣合う辺の反対側の領域に配置される。したがって増幅手段、出力手段及び出力用電極が電流供給用スイッチング手段及びＭＩ素子接続用電極と離隔して配置されることにより、電流供給用スイッチング手段のパルス状の励磁電流から生ずる電磁波に起因するノイズを低減することができる。
【００４８】
請求項２３に記載の如く、請求項１２〜２２のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサを備えた電子装置が提供される。
【００４９】
請求項２３記載の発明によれば、高感度なＭＩセンサを備え、かつＭＩセンサはＭＩ素子とＩＣチップにより構成されているので、高感度でかつ小型化可能な電子装置を実現できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００５１】
図１は、本発明の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。図１を参照するに、本実施の形態のＭＩセンサ１０は、セラミック、ガラス、プラスチック、シリコン等よりなるケース１１と、同じ面内で互いに垂直（Ｘ軸とＹ軸とする。）をなしてケース１１内に配設された２つの磁気インピーダンス素子（以下「ＭＩ素子」と呼ぶ。）１２Ｘ、１２Ｙと、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙと接続され、ケース１１内に配設されたＩＣチップ１３などにより構成されている。このＭＩセンサ１０は、ＩＣチップ１３より励磁電流がＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給され、磁気インピーダンス効果により外部磁場の大きさに対応した検知信号がＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに誘起され、ＩＣチップ１３がその検知信号を処理して外部磁場の大きさに対応した出力信号を出力して、外部磁場の大きさ及び方向を検出する。
【００５２】
ケース１１には、中心にＩＣチップ１３を収納する四角形の凹部が形成されており、またＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙを収納する長さ約４ｍｍ、幅数ｍｍ程度の凹部が形成されている。また、周辺部の上面にはケース電極１４が設けられ、ワイヤ１５などによりＩＣチップ１３との接続や、外部との信号の送受信を行う端子に接続されるようになっている。
【００５３】
ＩＣチップ１３は後述する回路を有するＣＭＯＳまたはバイポーラＩＣ等により構成されている。ＩＣチップ１３はその表面にマイクロプロセッサ等の外部装置（図示せず）、及びＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの接続をするための励磁電流用電極１６及び検知信号用電極１７が設けられている。ＩＣチップ１３はＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙのアモルファスワイヤ（図２において示す）に流すパルス状の励磁電流を励磁電流用電極１６を介して供給し、また、外部磁場の大きさに対応する検知信号が検知信号用電極１７を介して供給され、後述する回路により外部磁場に相当する検出信号を出力する。
【００５４】
ＭＩ素子１２は、外部磁場を２軸に分解してその２軸の成分の大きさを検出するため、２つ設けられ、互いに垂直にケース１１に収納されている。ＭＩ素子１２は、例えばおおよそ長さ４ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの形状を有する。
【００５５】
図２は、ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。ＭＩ素子１２は無磁歪のＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等の軟磁性材料よりなるアモルファスワイヤ１８と、そのアモルファスワイヤ１８を巻回するように形成された検知コイル１９などにより構成されている。ＭＩ素子１２は、磁気インピーダンス効果により、外部磁場の方向及び大きさを検出することが可能である。
【００５６】
次に、ＭＩ素子１２の磁場を検出する原理を簡単に説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）はＭＩ素子の原理を説明する図である。図３（Ａ）を参照するに、アモルファスワイヤ１８に励磁電流Ｉを流す。この励磁電流Ｉによりアモルファスワイヤ１８の周囲に磁場ＨＡが生成される。アモルファスワイヤ１８は軟磁性の強磁性体であるので磁化Ｍを有し、図３（Ｂ）に示すように、その磁化Ｍが磁場ＨＡによりアモルファスワイヤ１８の周方向に配列される。励磁電流Ｉが交流である場合は、それと同じ周波数で磁化Ｍの方向が周期的にスイッチする。図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、このアモルファスワイヤ１８の長手方向に外部磁界Ｈｘが印可されると、アモルファスワイヤの磁化Ｍには、磁場ＨＡと外部磁界Ｈｘとの合成磁場ＨＡ’が印可され、磁化Ｍの方向が変わる。するとアモルファスワイヤ１８の長手方向の磁場が周期的に変化し、アモルファスワイヤ１８を囲むように形成された検知コイル１９（図３（Ａ）に示す）に、磁場Ｈｘに比例した検知信号が誘起され、この検知信号により磁場の大きさを検出することができる。さらにこのＭＩ素子１２Ｘに対して垂直にもう１つのＭＩ素子１２Ｙ（図１に示す。）を配置することにより、垂直方向の磁場成分を検出することができる。このようにして互いに垂直に配置された２つのＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙにより磁場の大きさ及び方向を検出することができる。
【００５７】
なお、検知コイル１９に誘起される電圧信号の波高値は、励磁電流の周波数に比例する。したがって、励磁電流Ｉがパルス状である場合、その立上がりの急峻さの程度により含まれる高周波成分が変わるため、各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給される励磁電流の立ち上がりが異なると、同一の大きさの外部磁場が各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに印可されていても各々の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに誘起される検知信号の波高値は異なってくる。そのため、図６において説明する本発明の回路配置により、各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに流す励磁電流の電流波形、特に立上がり波形を同等のものとすることにより、２軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの感度差を低減することができる。
【００５８】
次に図４及び図５を参照しながら、本発明の実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップについて詳述する。
【００５９】
図４は、本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。また、図５（Ａ）〜（Ｊ）はその波形図である。図４を参照するに、本実施の形態のＩＣチップ１３は、パルス発生回路２１と、ＸＹ軸切替スイッチ２２と、バッファ回路２３と、スイッチング回路２４と、検出回路２５と、増幅回路２６と、出力回路２８などにより構成されている。
【００６０】
また、ＩＣチップ１３は、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流を流すための回路、すなわちバッファ回路２３及びスイッチング回路２４はＸ軸、Ｙ軸独立に、その他の回路はＸ軸、Ｙ軸共通に構成されている。独立した回路部分は、互いに離隔して配置されているＭＩ素子１２に十分な励磁電流を供給し、Ｘ軸用とＹ軸用の信号が互いに干渉してクロストークによるノイズが増大することを回避することができる。また、共通部分の回路、例えばパルス発生回路２１、検出回路２５などは、Ｘ軸用とＹ軸用の信号を共通に生成あるいは処理することにより、Ｘ軸用とＹ軸用の感度差等を低減することができ、また、回路数が低減されるのでＩＣチップ１３の小型化が可能となる。以下各回路について詳述する。
【００６１】
パルス発生回路２１では、２００ｋＨｚ〜１０数ＭＨｚのパルス状あるいは高周波の信号が生成される。具体的には、マルチバイブレータや水晶発振器を用いた発振回路等によりデューティ比約５０％のパルス信号を発生させ、そのパルス信号を積分回路等により遅延させ、もとの信号と遅延させた信号の「ＡＮＤ」をとって図５（Ａ）に示す、例えば１〜３０ｎｓｅｃの時間幅の短いパルスが生成される。本実施の形態ではパルス周期を５００ｋＨｚとした。
【００６２】
パルス発生回路２１により生成されたパルス信号はＸＹ軸切替スイッチ２２に供給され、ここでパルス信号が振り分けられる。ＸＹ軸切替スイッチ２２では、具体的には外部からＸＹ軸切替信号用電極２７を介して供給されるＸＹ軸切替信号により制御され、パルス信号がＸ軸若しくはＹ軸用のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙに振り分けられる。なお、ＸＹ軸切替信号は、ＩＣチップ１３の外部、例えばＭＩセンサ１０が実装された電子装置のＭＰＵ等から供給され、図５（Ｂ）に示すように、「Ｌ」または「Ｈ」のデジタル信号である。例えば、ＸＹ軸切替信号が「Ｈ」のときはＸ軸用、「Ｌ」のときはＹ軸用のバッファ回路２３にパルス信号が振り分けられる。
【００６３】
バッファ回路２３は、数個〜１０数個の直列に接続されたバッファより構成される。下流のバッファになるほど、より大きな駆動電流を流すことが可能なように、例えばＣＭＯＳ−ＦＥＴのゲート幅とゲート長の積を次第に大きく設定してもよい。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙの制御部により大きな電流を流すことができる。また、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、Ｘ軸用及びＹ軸用のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙにはパルス信号が交互に入力される。
【００６４】
スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙでは、バッファ回路２３により電流が増幅されたパルス信号が制御部に入力される。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙは例えばＭＯＳ−ＦＥＴにより構成され、パルス信号がそのゲートに入力される。パルス信号によりこのＭＯＳ−ＦＥＴがターンオンされると、励磁電流がソースから電極を介して電極に接続されたＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給される。ここで励磁電流は、１００ｍＡ〜５００ｍＡの範囲であることが好ましい。１００ｍＡより小さいとＭＩ素子１２の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに十分な出力電圧が誘起されず、信号対雑音比が低下してしまう。また５００ｍＡより大きいとＸ軸用とＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙのクロストークにより、本来オフのはずの一方のスイッチング回路がターンオンしてしまうなどの誤動作が生じてしまう。また、クロストークを回避するためには、Ｘ軸用およびＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙが離れて配置されることが好ましく、さらには、半導体素子１３の対角線上の両端であることが更に好ましい。
【００６５】
スイッチング回路２４からの励磁電流は、ＩＣチップ１３の表面に形成された励磁電流用電極１６（図１に示す）に取り出される。励磁電流用電極１６は、スイッチング回路２４に近くかつＭＩ素子１２に近い、例えばＭＩ素子１２に面するＩＣチップ１３の辺に近い程良い。励磁電流は比較的大電流であるので、スイッチング回路２４からＭＩ素子１２までの配線が長すぎると、配線がアンテナとなって電磁波を放射してしまい、信号対雑音比を低下させてしまう。
【００６６】
励磁電流用電極１６にワイヤなどによって接続されたＭＩ素子１２には、パルス状の励磁電流がアモルファスワイヤ１８に流れ、ＩＣチップ１３のグランドＧＮＤに落とされる。外部磁場のアモルファスワイヤ１８に平行な成分の大きさに応じて、図５（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、検知コイル１９の両端に検知信号が誘起される。この検知信号はワイヤ及びＩＣチップ１３の表面に形成された検知信号用電極１７を介して検出回路２５に供給される。なお、励磁電流はＩＣチップ１３のグランドＧＮＤの替わりにＩＣチップ１３外、例えばＭＩセンサのグランドに落とされるようにしてもよい。
【００６７】
検出回路２５は、遅延回路３０、サンプリング回路３１、ホールド回路３２、及び増幅器３３などより構成されている。検出回路２５では、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに誘起された検知信号を、パルス信号に同期させたサンプリング回路３１により、検知信号のメインピークをサンプリングしホールド回路により、そのピーク値を保持する。
【００６８】
サンプリング回路３１は、アナログスイッチＳＷＸ、ＳＷＹにより構成されている。すなわち、図５（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙの検知信号に対して、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すパルス信号がアナログスイッチＳＷＸ、ＳＷＹの制御部に入力され、パルス信号が「Ｈ」のとき、検知信号を透過する。検知信号はバッファ回路２３及びスイッチング回路２４などによりパルス信号に対して遅れが生じているので、パルス信号を遅延回路により遅延させ（図示せず）、検知信号の立上がりと同期させる。このような構成により、検知信号のメインピークを透過させることができる。
【００６９】
検出回路２５では、図５（Ｉ）に示すように、さらに時系列に連なったＸ軸及びＹ軸の検知信号をコンデンサなどにより構成されたホールド回路３２によりホールドされる。次いで、増幅器３３では、ホールドされた信号を増幅し、検出信号として出力する。
【００７０】
増幅回路２６では、検出信号を所望の電圧まで増幅して、ＩＣチップ１３の表面に設けられた出力用電極３４を介してＩＣチップ１３の外部に出力する。また、増幅回路２６にさらに出力回路２８を設け、低インピーダンスの出力信号に変換してもよい。また、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号として出力しても良い。なお、ＭＩセンサ１０が搭載された電子装置では、このＩＣチップ１３の出力信号から、前記ＸＹ軸切替信号を用いて、Ｘ軸及びＹ軸の磁場成分を抽出して合成することにより、外部磁場の大きさ及び方向を求めることができる。
【００７１】
次に、本願の特徴の一つであるＩＣチップを構成する回路の配置について説明する。
【００７２】
図６は本実施の形態のＩＣチップの回路配置及びＭＩ素子を示す平面図である。
【００７３】
図６を参照するに、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２ＹはＩＣチップ１３の隣り合う２辺に面して配置されている。
【００７４】
パルス回路２１は、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに面する２辺に挟まれた第１対角線上に配置される。パルス回路２１はＸ軸及びＹ軸用の回路およびＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに接続されるので、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙから対称の位置に配置することにより、Ｘ軸用及びＹ軸用の回路の配線長等を揃えることができる。したがって、回路の寄生容量、寄生インダクタンス等によるパルス信号の波形の変形を揃えることができ、出力信号への影響をＸ軸用及びＹ軸用に対して揃えることができる。また、パルス回路２１はＸ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４から等距離又はほぼ等距離に配置される。パルス回路２１からスイッチング回路２４までの配線長をＸ軸用とＹ軸用とで揃えることができる。なお、パルス回路２１は励磁電流用電極１６に対しても同様に配置されることが好ましい。
【００７５】
Ｘ軸用及びＹ軸用のバッファ回路２３は、パルス回路２１に対してほぼ対称に配置される。各々の配線長を揃えることができる。また、バッファ回路２３を構成するバッファは、Ｘ軸用及びＹ軸用とも同様の構成とする。それぞれのバッファのゲート長等のデザインルールを揃えることにより素子動作速度を揃え、パルス信号のタイミングと検出信号のタイミングとがＸ軸用とＹ軸用とで異ならないようにする。
【００７６】
Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４は、互いに離隔して配置される。例えば、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺において、その２辺が交点を形成する一端とは反対側の他端付近、その他端同士を結ぶ第２対角線上または第２対角線付近に配置することが好ましい。スイッチング回路２４同士のクロストークを抑制することができる。
【００７７】
また、スイッチング回路２４と励磁電流をＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給する励磁電流用電極１６は近接して配置される。スイッチング回路２４から励磁電流用電極１６までの配線長を可能限り短くし、配線からの電磁波の放射を抑制することができる。さらにスイッチング回路２４とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの位置関係は、Ｘ軸及びＹ軸とで同等に配置される。例えばスイッチング回路２４とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの距離をＸ軸及びＹ軸とで互いに同様に配置される。寄生抵抗、寄生容量及び寄生インダクタンス等をＸ軸及びＹ軸とで同様にして、パルス状の励磁電流の波形の変形を揃えることができるとともに、サンプリング回路でのタイミングのずれの発生を防止することができる。
【００７８】
励磁電流をＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給するＩＣチップ１３の表面に形成された励磁電流用電極１６は、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する辺あるいはその付近に配置される。励磁電流用電極１６からＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙまでの配線長を可能限り短くし、配線からの電磁波の放射を抑制することができる。スイッチング回路２４と励磁電流用電極１６、及び励磁電流用電極１６とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの位置関係は、Ｘ軸及びＹ軸とで同等に配置する。寄生容量及び寄生インダクタンス等をＸ軸及びＹ軸とで同様にして、パルス状の励磁電流の波形の変形を揃えることができるとともに、サンプリング回路でのタイミングのずれの発生を防止することができる。
【００７９】
検出回路２５は、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺の交点付近に配置される。ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの出力信号に雑音が重畳されることを防止する。特に検出回路２５は、Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙから等距離に配置される。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙからの電磁波の影響を低減し、かつその影響をＸ軸用及びＹ軸用とで同等にすることができる。
【００８０】
増幅回路２６及び出力回路２８は、第２対角線に対してＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺の反対側に配置される。増幅回路２６及び出力回路２８の信号にスイッチング回路２４からの雑音が重畳されることを抑制することができる。また、外部に出力する出力用電極３４も同様に配置される。
【００８１】
図７は、本発明の実施の形態の携帯電話機の一例を示す分解図である。図７を参照するに、携帯電話機５０は、表示部５１と、操作部５２と、アンテナ５３と、スピーカ５４と、マイク５５と、通信用基板５６と、通信用基板に搭載されＭＩセンサ５８などより構成されている。
【００８２】
ＭＩセンサ５８は、上述した実施の形態の構成を有する。このＭＩセンサ５８により、地磁気の方向に基づいて携帯電話機５０の向いている方位・角度を検出することが可能である。例えば、携帯電話機５０が受信し表示部５１に表示された現在地付近の地図を、ＭＩセンサにより検出した携帯電話機５０の向いている方位・角度にあわせて、見やすいように表示部上で回転させる。
【００８３】
上述したように、本実施の形態のＭＩセンサ５８はＭＩ素子１２をＩＣチップ１３により駆動し、外部磁場を検出している。したがって、従来のディスクリートの回路によって構成されている磁気センサより小型化可能である。なお、携帯電話機５０の通信機能を有する基本構成自体は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００８４】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８５】
例えば、上述した実施の形態では２軸のＭＩ素子を備えたＭＩセンサを例に説明したが、１軸のＭＩ素子を備えたＭＩセンサでもよい。１つのＭＩ素子１２とＩＣチップ１３を近接して、すなわちＩＣチップ１３の１辺に面するようにＭＩ素子１２を配置し、ＭＩ素子１２と励磁電流用電極１６又はＭＩ素子１２とスイッチング回路２４の位置関係を上述した実施の形態同様にする。また、スイッチング回路はバイポーラトランジスタなどにより構成されていてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、ＭＩ素子を駆動し、出力信号をＩＣチップにより処理しているので、小型で、高感度なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップおよびそのＭＩセンサを備えた電子装置を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。
【図２】ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）はＭＩ素子の原理を説明する図である。
【図４】本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｊ）は本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの波形図である。
【図６】本実施の形態のＩＣチップの回路配置及びＭＩ素子を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態の携帯電話機の一例を示す分解図である。
【符号の説明】
１０、５８ ＭＩセンサ
１１ ケース
１２、１２Ｘ、１２Ｙ ＭＩ素子
１３ ＩＣチップ
１６ 励磁電流用電極
１８ アモルファスワイヤ
１９、１９Ｘ、１９Ｙ 検知コイル１９
２１ パルス発生回路
２２ ＸＹ軸切替スイッチ
２３、２３Ｘ、２３Ｙ バッファ回路
２４、２４Ｘ、２４Ｙ スイッチング回路
２５ 検出回路２５
２６ 増幅回路２６
２８ 出力回路２８
３１ サンプリング回路
３４ 出力用電極
５０ 携帯電話機
【発明の属する技術分野】
本発明は、微弱な磁場を検知可能なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップ及びそのＭＩセンサを備えた電子装置に関し、特に２つのＭＩセンサを駆動して磁場の方位及び大きさを検知可能でありかつ小型化を図ったＭＩセンサ用のＩＣチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁場を検知可能な磁気センサとして、外部磁場により抵抗値が変化する磁気抵抗効果型素子が広く用いられている。磁気抵抗効果型素子は直流のセンス電流を印可し、抵抗変化を電圧により検出するものである。
【０００３】
また、軟磁性体よりなるアモルファスワイヤに高周波あるいはパルスの電流を印加するとアモルファスワイヤに平行な外部磁場成分に応じて、アモルファスワイヤのインピーダンスが変化することが見出され、磁気インピーダンス効果と呼ばれている。この磁場検出素子はＭＩ素子、この効果を利用した磁気センサはＭＩセンサと呼ばれている。ＭＩセンサは磁気抵抗効果型素子より高感度のため、磁気ヘッドから磁気コンパスとして自動車等のナビゲーションシステムに利用され始めている。さらに、生体磁気の検知、自動車の磁気誘導システム等に広く応用されることが期待されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７６９３０号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、電子コンパスが携帯端末、例えば携帯電話機などに搭載されるようになっている。このような携帯端末は手のひら大であり、従来のディスクリートな電子回路を駆動・検出回路とＭＩ素子とによるＭＩセンサでは、携帯端末の小型化を図れないという問題がある。
【０００６】
また、ＭＩセンサは２つのＭＩ素子により磁場ベクトルを２軸に分解してそれぞれ検出し、次いで合成して実際の磁場に変換する。ＭＩセンサでは数百ｋＨｚ以上の高周波あるいはパルスが使用されているため、それぞれのＭＩ素子の印加信号が異なると検出信号が異なり、現実とは異なる磁場を表示してしまう。また、小型化して集積化すると一方のＭＩ素子に必要な信号が、クロストークにより他方に対してはノイズになってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化が可能でかつ高感度なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップおよびそのＭＩセンサを備えた電子装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の如く、外部磁場を検知するＭＩ素子からの検知信号が供給され、四角形状のＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記ＭＩ素子接続用電極は、当該ＩＣチップの辺の近傍に設けられるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、ＭＩ素子に励磁電流を供給するＭＩ素子接続用電極が四角形状を有するＩＣチップの辺の近傍に設けられている。ここで、ＩＣチップの辺の近傍とは、ＩＣチップを形成する基板の辺上、あるいは辺に可能な限り近い位置のみならず、ＩＣチップの中央から辺寄りの位置である（以下、「近傍」を同様の意味に用いる）。励磁電流は高周波も含むパルス状で比較的大電流であるので、ＭＩ素子と電極とを結ぶ配線がアンテナとなって電磁波を放出し、ＩＣチップの磁場の大きさを表す出力信号の信号対雑音比を低下させてしまうという問題があるが、このような位置にＭＩ素子接続用電極を設けることにより、通常ＩＣチップの辺に面して設けられるＭＩ素子との配線長を短縮し電磁波の放射を抑制することができる。その結果、信号対雑音比の良好な、すなわち高感度なＭＩセンサ用のＩＣチップを実現できる。なお、電流供給用スイッチング手段は例えば図４に示すスイッチング回路である。
【００１０】
請求項２に記載の如く、請求項１記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段をＭＩ素子接続用電極と同じ辺の近傍に設けられる。例えば、ＭＩ素子接続用電極はＩＣチップの再表層のパッシベーション層上に形成されているが、このＭＩ素子接続用電極の下側のＩＣチップ基板上に電流供給用スイッチング手段が設けられていてもよい。このような構成により、上述したＭＩ素子と電極との関係と同様に、配線長を短縮して励磁電流による電磁波の放出を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の如く、請求項１または２記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給されるＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極は互いに隣合う辺の各々の辺の近傍に配置され、前記電流供給用スイッチング手段は、第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極に挟まれた、前記四角形の第１の対角線に対して対称に離隔して配置される。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、ＩＣチップは四角形で、前記ＭＩ素子接続用電極は隣合う辺のその近傍にそれぞれ配置されている。また、ＩＣチップは２つのＭＩ素子に励磁電流を供給しそのための電流供給用スイッチング手段を２つ有している。さらに、電流供給用スイッチング手段は、ＭＩ素子接続用電極が配置された辺に挟まれた第１の対角線に対して対称に配置されている。したがって、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子までの２つの配線を同様に設けることができ、配線等の寄生抵抗や寄生容量により励磁電流の遅延や波形の変化を同等とすることでき、２つのＭＩ素子からの出力信号とのタイミングのずれを抑制することができる。また、各々の電流供給用スイッチング手段は離隔して配置されているので、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００１４】
請求項４に記載の如く、請求項３記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置される。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段を第１の対角線とは異なる第２の対角線上あるいはその近傍に配置することにより、２つの電流供給用スイッチング手段の距離を長くとることができる。したがって、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００１６】
請求項５に記載の如く、請求項３または４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、励磁電流のパルスのタイミングを決定するパルスを発生するパルス発生手段を各々電流供給用スイッチング手段から等距離に設ける。したがって、パルス発生手段からスイッチング回路までの配線等を同等として、寄生抵抗及び寄生容量に起因する各々の電流供給用スイッチング手段から流す励磁電流のタイミングのずれを同等とすることができる。その結果、処理手段において、ＭＩ素子からの出力信号を安定して処理できる。なお、パルス発生手段は例えば図４に示すパルス発生回路である。
【００１８】
請求項６に記載の如く、請求項３〜５のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記２つの電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、２つのＭＩ素子に誘起された検知信号のタイミングのずれを抑制し、サンプリング手段において安定して処理可能となる。なお、信号処理手段及びサンプリング手段は例えば図４に示す検出回路及びサンプリング回路である。
【００２０】
請求項７に記載の如く、請求項６記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されている。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、サンプリング手段は、電流供給用スイッチング手段が励磁電流を流すタイミングにあわせて、ＭＩ素子からの出力信号のサンプリングを行うことにより、安定して出力信号のピークを検出することができ、安定して外部磁場を測定することが可能となる。
【００２２】
請求項８に記載の如く、請求項６または７記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、外部からの切替信号に基づいて、前記励磁電流を供給するＭＩ素子を切替えるＭＩ素子切替用手段を有し、前記パルス信号発生手段を第１及び第２のＭＩ素子に対して共用する。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、パルス信号発生手段は第１及び第２のＭＩ素子に対して共用される。したがって、各々のＭＩ素子に供給されるパルス状の励磁電流の時間的なずれを防止し、信号処理手段でのサンプリングのタイミングのずれを抑制することができる。また、パルス信号発生手段を共用することにより、回路数を低減し、ＩＣチップを小型化することができる。なお、ＭＩ素子切替用手段は例えば図４に示すＸＹ軸切替スイッチである。
【００２４】
請求項９に記載の如く、請求項６〜８のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２５】
請求項１０に記載の如く、請求項９記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２６】
請求項１１に記載の如く、請求項１０記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を更に有し、前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００２７】
請求項９〜１１記載の発明によれば、ＭＩ素子接続用電極は前記隣合う辺の近傍に配置されている。増幅手段、出力手段及び出力用電極は、その隣合う辺とは前記第２の対角線に対して反対側の当該ＩＣチップの領域に配置される。したがって、増幅手段、出力手段及び出力用電極が、第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極とは離隔して配置されることにより、電流供給用スイッチング手段のパルス状の励磁電流から生ずる電磁波に起因するノイズを低減することができる。なお、増幅手段及び出力手段はそれぞれ例えば図４に示す増幅回路及び出力回路である。
【００２８】
請求項１２に記載の如く、外部磁場を検知するＭＩ素子と、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給される四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記ＭＩ素子接続用電極は、ＭＩ素子に面する前記ＩＣチップの辺の近傍に設けられるＭＩセンサが提供される。
【００２９】
請求項１２記載の発明によれば、ＭＩ素子に励磁電流を供給するＭＩ素子接続用電極が、ＩＣチップのＭＩ素子に面する辺の近傍に設けられている。励磁電流は高周波も含むパルス状で比較的大電流であるので、ＭＩ素子と電極とを結ぶ配線がアンテナとなって電磁波を放出し、ＩＣチップの磁場の大きさを表す出力信号の信号対雑音比を低下させてしまうという問題がある。ＩＣチップの辺に面して設けられたＭＩ素子の近傍にＭＩ素子接続用電極を設けることにより、配線長を短縮し電磁波の放射を抑制することができる。その結果、信号対雑音比の良好な、すなわち高感度なＭＩセンサを実現できる。
【００３０】
請求項１３に記載の如く、請求項１２記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられる。
【００３１】
請求項１３記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段をＭＩ素子接続用電極と同じＭＩ素子に面する辺の近傍に設けられる。例えば、ＭＩ素子接続用電極はＩＣチップの再表層のパッシベーション層上に形成されているが、このＭＩ素子接続用電極の下側のＩＣチップ基板上に電流供給用スイッチング手段が設けられていてもよい。このような構成により、上述したＭＩ素子と電極との関係と同様に、配線長を短縮して励磁電流による電磁波の放出を抑制することができる。
【００３２】
請求項１４に記載の如く、第１のＭＩ素子と、前記第１のＭＩ素子が形成する平面と平行な平面上に、前記第１のＭＩ素子と所定角度をなして配置された第２のＭＩ素子と、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、前記第１及び第２のＭＩ素子は前記ＩＣチップの隣合う辺に面して配置され、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、第１及び第２のＭＩ素子に対して同等の位置に配置されるＭＩセンサが提供される。
【００３３】
請求項１４記載の発明によれば、第１のＭＩ素子と第２のＭＩ素子は平行な平面上で互いに所定角度をなして設けられている。所定の各度は０°でなければよく、９０°であることが好ましい。外部磁場の大きさを効率的に検知することができる。また、ＩＣチップは四角形で、前記ＭＩ素子接続用電極は隣合う辺のその近傍にそれぞれ配置されている。また、ＩＣチップは第１及び第２のＭＩ素子に励磁電流を供給しそのための電流供給用スイッチング手段を２つ有している。さらに、電流供給用スイッチング手段は、第１及び第２のＭＩ素子に対して同等に配置されている。したがって、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子までの２つの配線を同様に設けることができ、配線等の寄生抵抗や寄生容量により励磁電流の遅延や波形の変化を同等とすることでき、第１及び第２のＭＩ素子からの出力信号とのタイミングのずれを抑制することができる。その結果、高感度なＭＩセンサが実現できる。
【００３４】
請求項１５に記載の如く、請求項１４記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する辺が挟む第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置される。
【００３５】
請求項１５記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段を第１の対角線とは異なる第２の対角線上あるいはその近傍に配置することにより、２つの電流供給用スイッチング手段の距離を長くとることができる。したがって、電流供給用スイッチング手段同士のクロストークを抑制して、励磁電流への雑音の重畳や電流供給用スイッチング手段を構成する回路の誤動作を防止することができる。
【００３６】
請求項１６に記載の如く、請求項１４または１５記載のＭＩセンサにおいて、前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００３７】
請求項１６記載の発明によれば、励磁電流のパルスのタイミングを決定するパルスを発生するパルス発生手段を各々電流供給用スイッチング手段から等距離に設ける。したがって、パルス発生手段からスイッチング回路までの配線等を同等として、寄生抵抗及び寄生容量に起因する各々の電流供給用スイッチング手段から流す励磁電流のタイミングのずれを同等とすることができる。その結果、処理手段において、ＭＩ素子からの出力信号を安定して処理できる。
【００３８】
請求項１７に記載の如く、請求項１４〜１６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサにおいて、前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置される。
【００３９】
請求項１７記載の発明によれば、２つのＭＩ素子に誘起された検知信号のタイミングのずれを抑制し、サンプリング手段において安定して処理可能となる。
【００４０】
請求項１８に記載の如く、請求項１７記載のＭＩセンサにおいて、前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されている。
【００４１】
請求項１８記載の発明によれば、サンプリング手段は、電流供給用スイッチング手段が励磁電流を流すタイミングにあわせて、ＭＩ素子からの出力信号のサンプリングを行うことにより、安定して出力信号のピークを検出することができ、安定して外部磁場を測定することが可能となる。
【００４２】
請求項１９に記載の如く、請求項１７または１８記載のＭＩセンサにおいて、外部からの切替え信号に基づいて、前記励磁電流を供給する第１軸及び第２軸のＭＩ素子を切り替える第２のスイッチング手段を設け、前記パルス信号発生手段及び信号処理手段を第１軸及び第２軸のＭＩ素子に対して共通に設ける。
【００４３】
請求項１９記載の発明によれば、パルス信号発生手段及び信号処理手段は第１及び第２のＭＩ素子に対して共通に設けられている。したがって、各々のＭＩ素子に供給される励磁電流及び信号処理手段でのサンプリングのタイミングのずれを抑制することができる。また、パルス信号発生手段及び信号処理手段を共通とすることにより、回路数を低減し、ＩＣチップを小型化することができる。
【００４４】
請求項２０に記載の如く、請求項１７〜１９のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサにおいて、前記ＩＣチップは、前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４５】
請求項２１に記載の如く、請求項２０記載のＭＩセンサにおいて、前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４６】
請求項２２に記載の如く、請求項２１記載のＭＩセンサにおいて、前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を有し、前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置される。
【００４７】
請求項２０〜２２記載の発明によれば、増幅手段、出力手段及び出力用電極は、第１及び第２のＭＩ素子が面する隣合う辺の反対側の領域に配置される。したがって増幅手段、出力手段及び出力用電極が電流供給用スイッチング手段及びＭＩ素子接続用電極と離隔して配置されることにより、電流供給用スイッチング手段のパルス状の励磁電流から生ずる電磁波に起因するノイズを低減することができる。
【００４８】
請求項２３に記載の如く、請求項１２〜２２のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサを備えた電子装置が提供される。
【００４９】
請求項２３記載の発明によれば、高感度なＭＩセンサを備え、かつＭＩセンサはＭＩ素子とＩＣチップにより構成されているので、高感度でかつ小型化可能な電子装置を実現できる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００５１】
図１は、本発明の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。図１を参照するに、本実施の形態のＭＩセンサ１０は、セラミック、ガラス、プラスチック、シリコン等よりなるケース１１と、同じ面内で互いに垂直（Ｘ軸とＹ軸とする。）をなしてケース１１内に配設された２つの磁気インピーダンス素子（以下「ＭＩ素子」と呼ぶ。）１２Ｘ、１２Ｙと、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙと接続され、ケース１１内に配設されたＩＣチップ１３などにより構成されている。このＭＩセンサ１０は、ＩＣチップ１３より励磁電流がＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給され、磁気インピーダンス効果により外部磁場の大きさに対応した検知信号がＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに誘起され、ＩＣチップ１３がその検知信号を処理して外部磁場の大きさに対応した出力信号を出力して、外部磁場の大きさ及び方向を検出する。
【００５２】
ケース１１には、中心にＩＣチップ１３を収納する四角形の凹部が形成されており、またＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙを収納する長さ約４ｍｍ、幅数ｍｍ程度の凹部が形成されている。また、周辺部の上面にはケース電極１４が設けられ、ワイヤ１５などによりＩＣチップ１３との接続や、外部との信号の送受信を行う端子に接続されるようになっている。
【００５３】
ＩＣチップ１３は後述する回路を有するＣＭＯＳまたはバイポーラＩＣ等により構成されている。ＩＣチップ１３はその表面にマイクロプロセッサ等の外部装置（図示せず）、及びＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの接続をするための励磁電流用電極１６及び検知信号用電極１７が設けられている。ＩＣチップ１３はＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙのアモルファスワイヤ（図２において示す）に流すパルス状の励磁電流を励磁電流用電極１６を介して供給し、また、外部磁場の大きさに対応する検知信号が検知信号用電極１７を介して供給され、後述する回路により外部磁場に相当する検出信号を出力する。
【００５４】
ＭＩ素子１２は、外部磁場を２軸に分解してその２軸の成分の大きさを検出するため、２つ設けられ、互いに垂直にケース１１に収納されている。ＭＩ素子１２は、例えばおおよそ長さ４ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの形状を有する。
【００５５】
図２は、ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。ＭＩ素子１２は無磁歪のＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ等の軟磁性材料よりなるアモルファスワイヤ１８と、そのアモルファスワイヤ１８を巻回するように形成された検知コイル１９などにより構成されている。ＭＩ素子１２は、磁気インピーダンス効果により、外部磁場の方向及び大きさを検出することが可能である。
【００５６】
次に、ＭＩ素子１２の磁場を検出する原理を簡単に説明する。図３（Ａ）〜（Ｄ）はＭＩ素子の原理を説明する図である。図３（Ａ）を参照するに、アモルファスワイヤ１８に励磁電流Ｉを流す。この励磁電流Ｉによりアモルファスワイヤ１８の周囲に磁場ＨＡが生成される。アモルファスワイヤ１８は軟磁性の強磁性体であるので磁化Ｍを有し、図３（Ｂ）に示すように、その磁化Ｍが磁場ＨＡによりアモルファスワイヤ１８の周方向に配列される。励磁電流Ｉが交流である場合は、それと同じ周波数で磁化Ｍの方向が周期的にスイッチする。図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、このアモルファスワイヤ１８の長手方向に外部磁界Ｈｘが印可されると、アモルファスワイヤの磁化Ｍには、磁場ＨＡと外部磁界Ｈｘとの合成磁場ＨＡ’が印可され、磁化Ｍの方向が変わる。するとアモルファスワイヤ１８の長手方向の磁場が周期的に変化し、アモルファスワイヤ１８を囲むように形成された検知コイル１９（図３（Ａ）に示す）に、磁場Ｈｘに比例した検知信号が誘起され、この検知信号により磁場の大きさを検出することができる。さらにこのＭＩ素子１２Ｘに対して垂直にもう１つのＭＩ素子１２Ｙ（図１に示す。）を配置することにより、垂直方向の磁場成分を検出することができる。このようにして互いに垂直に配置された２つのＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙにより磁場の大きさ及び方向を検出することができる。
【００５７】
なお、検知コイル１９に誘起される電圧信号の波高値は、励磁電流の周波数に比例する。したがって、励磁電流Ｉがパルス状である場合、その立上がりの急峻さの程度により含まれる高周波成分が変わるため、各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給される励磁電流の立ち上がりが異なると、同一の大きさの外部磁場が各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに印可されていても各々の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに誘起される検知信号の波高値は異なってくる。そのため、図６において説明する本発明の回路配置により、各々のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに流す励磁電流の電流波形、特に立上がり波形を同等のものとすることにより、２軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの感度差を低減することができる。
【００５８】
次に図４及び図５を参照しながら、本発明の実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップについて詳述する。
【００５９】
図４は、本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。また、図５（Ａ）〜（Ｊ）はその波形図である。図４を参照するに、本実施の形態のＩＣチップ１３は、パルス発生回路２１と、ＸＹ軸切替スイッチ２２と、バッファ回路２３と、スイッチング回路２４と、検出回路２５と、増幅回路２６と、出力回路２８などにより構成されている。
【００６０】
また、ＩＣチップ１３は、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流を流すための回路、すなわちバッファ回路２３及びスイッチング回路２４はＸ軸、Ｙ軸独立に、その他の回路はＸ軸、Ｙ軸共通に構成されている。独立した回路部分は、互いに離隔して配置されているＭＩ素子１２に十分な励磁電流を供給し、Ｘ軸用とＹ軸用の信号が互いに干渉してクロストークによるノイズが増大することを回避することができる。また、共通部分の回路、例えばパルス発生回路２１、検出回路２５などは、Ｘ軸用とＹ軸用の信号を共通に生成あるいは処理することにより、Ｘ軸用とＹ軸用の感度差等を低減することができ、また、回路数が低減されるのでＩＣチップ１３の小型化が可能となる。以下各回路について詳述する。
【００６１】
パルス発生回路２１では、２００ｋＨｚ〜１０数ＭＨｚのパルス状あるいは高周波の信号が生成される。具体的には、マルチバイブレータや水晶発振器を用いた発振回路等によりデューティ比約５０％のパルス信号を発生させ、そのパルス信号を積分回路等により遅延させ、もとの信号と遅延させた信号の「ＡＮＤ」をとって図５（Ａ）に示す、例えば１〜３０ｎｓｅｃの時間幅の短いパルスが生成される。本実施の形態ではパルス周期を５００ｋＨｚとした。
【００６２】
パルス発生回路２１により生成されたパルス信号はＸＹ軸切替スイッチ２２に供給され、ここでパルス信号が振り分けられる。ＸＹ軸切替スイッチ２２では、具体的には外部からＸＹ軸切替信号用電極２７を介して供給されるＸＹ軸切替信号により制御され、パルス信号がＸ軸若しくはＹ軸用のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙに振り分けられる。なお、ＸＹ軸切替信号は、ＩＣチップ１３の外部、例えばＭＩセンサ１０が実装された電子装置のＭＰＵ等から供給され、図５（Ｂ）に示すように、「Ｌ」または「Ｈ」のデジタル信号である。例えば、ＸＹ軸切替信号が「Ｈ」のときはＸ軸用、「Ｌ」のときはＹ軸用のバッファ回路２３にパルス信号が振り分けられる。
【００６３】
バッファ回路２３は、数個〜１０数個の直列に接続されたバッファより構成される。下流のバッファになるほど、より大きな駆動電流を流すことが可能なように、例えばＣＭＯＳ−ＦＥＴのゲート幅とゲート長の積を次第に大きく設定してもよい。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙの制御部により大きな電流を流すことができる。また、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、Ｘ軸用及びＹ軸用のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙにはパルス信号が交互に入力される。
【００６４】
スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙでは、バッファ回路２３により電流が増幅されたパルス信号が制御部に入力される。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙは例えばＭＯＳ−ＦＥＴにより構成され、パルス信号がそのゲートに入力される。パルス信号によりこのＭＯＳ−ＦＥＴがターンオンされると、励磁電流がソースから電極を介して電極に接続されたＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給される。ここで励磁電流は、１００ｍＡ〜５００ｍＡの範囲であることが好ましい。１００ｍＡより小さいとＭＩ素子１２の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに十分な出力電圧が誘起されず、信号対雑音比が低下してしまう。また５００ｍＡより大きいとＸ軸用とＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙのクロストークにより、本来オフのはずの一方のスイッチング回路がターンオンしてしまうなどの誤動作が生じてしまう。また、クロストークを回避するためには、Ｘ軸用およびＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙが離れて配置されることが好ましく、さらには、半導体素子１３の対角線上の両端であることが更に好ましい。
【００６５】
スイッチング回路２４からの励磁電流は、ＩＣチップ１３の表面に形成された励磁電流用電極１６（図１に示す）に取り出される。励磁電流用電極１６は、スイッチング回路２４に近くかつＭＩ素子１２に近い、例えばＭＩ素子１２に面するＩＣチップ１３の辺に近い程良い。励磁電流は比較的大電流であるので、スイッチング回路２４からＭＩ素子１２までの配線が長すぎると、配線がアンテナとなって電磁波を放射してしまい、信号対雑音比を低下させてしまう。
【００６６】
励磁電流用電極１６にワイヤなどによって接続されたＭＩ素子１２には、パルス状の励磁電流がアモルファスワイヤ１８に流れ、ＩＣチップ１３のグランドＧＮＤに落とされる。外部磁場のアモルファスワイヤ１８に平行な成分の大きさに応じて、図５（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、検知コイル１９の両端に検知信号が誘起される。この検知信号はワイヤ及びＩＣチップ１３の表面に形成された検知信号用電極１７を介して検出回路２５に供給される。なお、励磁電流はＩＣチップ１３のグランドＧＮＤの替わりにＩＣチップ１３外、例えばＭＩセンサのグランドに落とされるようにしてもよい。
【００６７】
検出回路２５は、遅延回路３０、サンプリング回路３１、ホールド回路３２、及び増幅器３３などより構成されている。検出回路２５では、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙに誘起された検知信号を、パルス信号に同期させたサンプリング回路３１により、検知信号のメインピークをサンプリングしホールド回路により、そのピーク値を保持する。
【００６８】
サンプリング回路３１は、アナログスイッチＳＷＸ、ＳＷＹにより構成されている。すなわち、図５（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル１９Ｘ、１９Ｙの検知信号に対して、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すパルス信号がアナログスイッチＳＷＸ、ＳＷＹの制御部に入力され、パルス信号が「Ｈ」のとき、検知信号を透過する。検知信号はバッファ回路２３及びスイッチング回路２４などによりパルス信号に対して遅れが生じているので、パルス信号を遅延回路により遅延させ（図示せず）、検知信号の立上がりと同期させる。このような構成により、検知信号のメインピークを透過させることができる。
【００６９】
検出回路２５では、図５（Ｉ）に示すように、さらに時系列に連なったＸ軸及びＹ軸の検知信号をコンデンサなどにより構成されたホールド回路３２によりホールドされる。次いで、増幅器３３では、ホールドされた信号を増幅し、検出信号として出力する。
【００７０】
増幅回路２６では、検出信号を所望の電圧まで増幅して、ＩＣチップ１３の表面に設けられた出力用電極３４を介してＩＣチップ１３の外部に出力する。また、増幅回路２６にさらに出力回路２８を設け、低インピーダンスの出力信号に変換してもよい。また、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号として出力しても良い。なお、ＭＩセンサ１０が搭載された電子装置では、このＩＣチップ１３の出力信号から、前記ＸＹ軸切替信号を用いて、Ｘ軸及びＹ軸の磁場成分を抽出して合成することにより、外部磁場の大きさ及び方向を求めることができる。
【００７１】
次に、本願の特徴の一つであるＩＣチップを構成する回路の配置について説明する。
【００７２】
図６は本実施の形態のＩＣチップの回路配置及びＭＩ素子を示す平面図である。
【００７３】
図６を参照するに、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２ＹはＩＣチップ１３の隣り合う２辺に面して配置されている。
【００７４】
パルス回路２１は、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに面する２辺に挟まれた第１対角線上に配置される。パルス回路２１はＸ軸及びＹ軸用の回路およびＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに接続されるので、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙから対称の位置に配置することにより、Ｘ軸用及びＹ軸用の回路の配線長等を揃えることができる。したがって、回路の寄生容量、寄生インダクタンス等によるパルス信号の波形の変形を揃えることができ、出力信号への影響をＸ軸用及びＹ軸用に対して揃えることができる。また、パルス回路２１はＸ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４から等距離又はほぼ等距離に配置される。パルス回路２１からスイッチング回路２４までの配線長をＸ軸用とＹ軸用とで揃えることができる。なお、パルス回路２１は励磁電流用電極１６に対しても同様に配置されることが好ましい。
【００７５】
Ｘ軸用及びＹ軸用のバッファ回路２３は、パルス回路２１に対してほぼ対称に配置される。各々の配線長を揃えることができる。また、バッファ回路２３を構成するバッファは、Ｘ軸用及びＹ軸用とも同様の構成とする。それぞれのバッファのゲート長等のデザインルールを揃えることにより素子動作速度を揃え、パルス信号のタイミングと検出信号のタイミングとがＸ軸用とＹ軸用とで異ならないようにする。
【００７６】
Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４は、互いに離隔して配置される。例えば、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺において、その２辺が交点を形成する一端とは反対側の他端付近、その他端同士を結ぶ第２対角線上または第２対角線付近に配置することが好ましい。スイッチング回路２４同士のクロストークを抑制することができる。
【００７７】
また、スイッチング回路２４と励磁電流をＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給する励磁電流用電極１６は近接して配置される。スイッチング回路２４から励磁電流用電極１６までの配線長を可能限り短くし、配線からの電磁波の放射を抑制することができる。さらにスイッチング回路２４とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの位置関係は、Ｘ軸及びＹ軸とで同等に配置される。例えばスイッチング回路２４とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの距離をＸ軸及びＹ軸とで互いに同様に配置される。寄生抵抗、寄生容量及び寄生インダクタンス等をＸ軸及びＹ軸とで同様にして、パルス状の励磁電流の波形の変形を揃えることができるとともに、サンプリング回路でのタイミングのずれの発生を防止することができる。
【００７８】
励磁電流をＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに供給するＩＣチップ１３の表面に形成された励磁電流用電極１６は、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する辺あるいはその付近に配置される。励磁電流用電極１６からＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙまでの配線長を可能限り短くし、配線からの電磁波の放射を抑制することができる。スイッチング回路２４と励磁電流用電極１６、及び励磁電流用電極１６とＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの位置関係は、Ｘ軸及びＹ軸とで同等に配置する。寄生容量及び寄生インダクタンス等をＸ軸及びＹ軸とで同様にして、パルス状の励磁電流の波形の変形を揃えることができるとともに、サンプリング回路でのタイミングのずれの発生を防止することができる。
【００７９】
検出回路２５は、Ｘ軸用及びＹ軸用のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺の交点付近に配置される。ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの出力信号に雑音が重畳されることを防止する。特に検出回路２５は、Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙから等距離に配置される。スイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙからの電磁波の影響を低減し、かつその影響をＸ軸用及びＹ軸用とで同等にすることができる。
【００８０】
増幅回路２６及び出力回路２８は、第２対角線に対してＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙが面する２辺の反対側に配置される。増幅回路２６及び出力回路２８の信号にスイッチング回路２４からの雑音が重畳されることを抑制することができる。また、外部に出力する出力用電極３４も同様に配置される。
【００８１】
図７は、本発明の実施の形態の携帯電話機の一例を示す分解図である。図７を参照するに、携帯電話機５０は、表示部５１と、操作部５２と、アンテナ５３と、スピーカ５４と、マイク５５と、通信用基板５６と、通信用基板に搭載されＭＩセンサ５８などより構成されている。
【００８２】
ＭＩセンサ５８は、上述した実施の形態の構成を有する。このＭＩセンサ５８により、地磁気の方向に基づいて携帯電話機５０の向いている方位・角度を検出することが可能である。例えば、携帯電話機５０が受信し表示部５１に表示された現在地付近の地図を、ＭＩセンサにより検出した携帯電話機５０の向いている方位・角度にあわせて、見やすいように表示部上で回転させる。
【００８３】
上述したように、本実施の形態のＭＩセンサ５８はＭＩ素子１２をＩＣチップ１３により駆動し、外部磁場を検出している。したがって、従来のディスクリートの回路によって構成されている磁気センサより小型化可能である。なお、携帯電話機５０の通信機能を有する基本構成自体は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
【００８４】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８５】
例えば、上述した実施の形態では２軸のＭＩ素子を備えたＭＩセンサを例に説明したが、１軸のＭＩ素子を備えたＭＩセンサでもよい。１つのＭＩ素子１２とＩＣチップ１３を近接して、すなわちＩＣチップ１３の１辺に面するようにＭＩ素子１２を配置し、ＭＩ素子１２と励磁電流用電極１６又はＭＩ素子１２とスイッチング回路２４の位置関係を上述した実施の形態同様にする。また、スイッチング回路はバイポーラトランジスタなどにより構成されていてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、ＭＩ素子を駆動し、出力信号をＩＣチップにより処理しているので、小型で、高感度なＭＩセンサ、ＭＩセンサ用のＩＣチップおよびそのＭＩセンサを備えた電子装置を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。
【図２】ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）はＭＩ素子の原理を説明する図である。
【図４】本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｊ）は本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップの波形図である。
【図６】本実施の形態のＩＣチップの回路配置及びＭＩ素子を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態の携帯電話機の一例を示す分解図である。
【符号の説明】
１０、５８ ＭＩセンサ
１１ ケース
１２、１２Ｘ、１２Ｙ ＭＩ素子
１３ ＩＣチップ
１６ 励磁電流用電極
１８ アモルファスワイヤ
１９、１９Ｘ、１９Ｙ 検知コイル１９
２１ パルス発生回路
２２ ＸＹ軸切替スイッチ
２３、２３Ｘ、２３Ｙ バッファ回路
２４、２４Ｘ、２４Ｙ スイッチング回路
２５ 検出回路２５
２６ 増幅回路２６
２８ 出力回路２８
３１ サンプリング回路
３４ 出力用電極
５０ 携帯電話機
Claims (23)
- 外部磁場を検知するＭＩ素子からの検知信号が供給され、四角形状のＭＩセンサ用のＩＣチップであって、
前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、
パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、
前記ＭＩ素子接続用電極は、当該ＩＣチップの辺の近傍に設けられることを特徴とするＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられることを特徴とする請求項１記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。
- 第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給されるＭＩセンサ用のＩＣチップであって、
前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極は互いに隣合う辺の各々の辺の近傍に配置され、
前記電流供給用スイッチング手段は、第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、前記第１及び第２のＭＩ素子のＭＩ素子接続用電極に挟まれた、前記四角形の第１の対角線に対して対称に離隔して配置されることを特徴とする請求項１または２記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置されることを特徴とする請求項３記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。
- 前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、
前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置されることを特徴とする請求項３または４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、
前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記２つの電流供給用スイッチング手段から等距離に配置されることを特徴とする請求項３〜５のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されていることを特徴とする請求項６記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。
- 外部からの切替信号に基づいて、前記励磁電流を供給するＭＩ素子を切替えるＭＩ素子切替用手段を有し、
前記パルス信号発生手段を第１及び第２のＭＩ素子に対して共用することを特徴とする請求項６または７記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、
前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項６〜８のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、
前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項９記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を更に有し、
前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された前記隣合う辺の近傍のその隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項１０記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 外部磁場を検知するＭＩ素子と、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給される四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、
前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、
前記ＭＩ素子接続用電極は、ＭＩ素子に面する前記ＩＣチップの辺の近傍に設けられることを特徴とするＭＩセンサ。 - 前記電流供給用スイッチング手段は、前記ＭＩ素子接続用電極が配置された辺の近傍に設けられることを特徴とする請求項１２記載のＭＩセンサ。
- 第１のＭＩ素子と、
前記第１のＭＩ素子が形成する平面と平行な平面上に、前記第１のＭＩ素子と所定角度をなして配置された第２のＭＩ素子と、
前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、四角形状のＩＣチップと、よりなるＭＩセンサであって、
前記ＩＣチップは、前記ＭＩ素子を接続するＭＩ素子接続用電極と、パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子にＭＩ素子接続用電極を介してパルス状の励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段とを有し、
前記第１及び第２のＭＩ素子は前記ＩＣチップの隣合う辺に面して配置され、前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子ごとに設けられると共に、第１及び第２のＭＩ素子に対して同等の位置に配置されることを特徴とするＭＩセンサ。 - 前記電流供給用スイッチング手段は、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する辺が挟む第１の対角線とは異なる第２の対角線上に配置されることを特徴とする請求項１４記載のＭＩセンサ。
- 前記電流供給用スイッチング手段を制御するパルス状の信号を発生するパルス信号発生手段を更に有し、
前記パルス信号発生手段は、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置されることを特徴とする請求項１４または１５記載のＭＩセンサ。 - 前記第１及び第２のＭＩ素子からの検知信号が供給され、外部磁場の大きさに対応する大きさの検出信号を生成する信号処理手段を更に有し、
前記信号処理手段は、サンプリング手段を有し、前記各々の電流供給用スイッチング手段から等距離に配置されることを特徴とする請求項１４〜１６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ。 - 前記サンプリング手段のタイミングと前記電流供給用スイッチング手段のタイミングとが同期されていることを特徴とする請求項１７記載のＭＩセンサ。
- 外部からの切替え信号に基づいて、前記励磁電流を供給する第１軸及び第２軸のＭＩ素子を切り替える第２のスイッチング手段を設け、
前記パルス信号発生手段及び信号処理手段を第１軸及び第２軸のＭＩ素子に対して共通に設けることを特徴とする請求項１７または１８記載のＭＩセンサ。 - 前記ＩＣチップは、前記検出信号を増幅する増幅手段を更に有し、
前記増幅手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項１７〜１９のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ。 - 前記増幅手段から供給された増幅信号を外部に出力する出力手段を更に有し、
前記出力手段は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項２０記載のＭＩセンサ。 - 前記出力手段から供給される信号を外部に出力する出力用電極を有し、
前記出力用電極は、前記第２の対角線に対して、前記第１及び第２のＭＩ素子が面する前記隣合う辺とは反対側の領域に配置されることを特徴とする請求項２１記載のＭＩセンサ。 - 請求項１２〜２２のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサを備えた電子装置。
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