JP2004153133A - 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】信号対雑音比及び動作信頼性の向上を図ると共に、小型化可能な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軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙからの検知信号が供給されるＭＩセンサ用のＩＣチップ１３であって、パルス状の信号を発生するパルス発生回路２１と、前記パルス状の信号を分配するＸＹ切替スイッチ２２と、分配されたパルス状の信号によって制御され、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙにパルス状の励磁電流を供給するスイッチング回路２４などにより構成される。ＸＹ切替スイッチ２２により分配されたパルス状の信号に基づいて励磁電流がＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに交互に印可される。
【選択図】 図３
【解決手段】Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙからの検知信号が供給されるＭＩセンサ用のＩＣチップ１３であって、パルス状の信号を発生するパルス発生回路２１と、前記パルス状の信号を分配するＸＹ切替スイッチ２２と、分配されたパルス状の信号によって制御され、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙにパルス状の励磁電流を供給するスイッチング回路２４などにより構成される。ＸＹ切替スイッチ２２により分配されたパルス状の信号に基づいて励磁電流がＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに交互に印可される。
【選択図】 図３
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つまたは３つのＭＩ素子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状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。この効果を利用した磁気センサはＭＩセンサと呼ばれ、ＭＩセンサはアモルファスワイヤとその回りを巻回されている検知コイルよりなるＭＩ素子と、ＭＩ素子に電流を印可する電流印可回路や検知コイルに誘導された信号を検出する検出回路などにより構成されている。ＭＩセンサは磁気抵抗効果型素子より高感度のため、電子的な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により構成された駆動・検出回路とＭＩ素子とによるＭＩセンサでは、携帯端末の小型化が図れないという問題がある。
【０００６】
さらに、ＩＣチップ化したとしても以下の問題点が生じる。
【０００７】
すなわち、例えば磁場の方向を測定する場合は、１つのＭＩ素子は一方向の磁場の大きさだけしか測定できないため、２つ以上のＭＩ素子が必要となる。かかる場合ＭＩ素子に対応させて、電流印可・検出回路等をそれぞれ設けるとＩＣチップの小型化が図れない。
【０００８】
また、ＭＩ素子には高周波あるいはパルス状の比較的大きな電流が印加されるので、その際に放射される電磁波等のノイズが検出回路等に混入し、信号対雑音比を低下させてしまう。
【０００９】
さらに、ＭＩ素子からの検知信号が検出回路により処理されるが、上述したように様々なノイズが検知信号等に重畳するおそれがある。しかし、励磁電流がＭＩ素子に流れている状態では検知信号をノイズとを区別して評価することが困難であり、また、ＩＣチップの動作状態を的確にチェックすることができない。
【００１０】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、信号対雑音比及び動作信頼性の向上を図ると共に、小型化可能な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。
【００１１】
【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複数のＭＩ素子からの検知信号が供給され、パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子毎に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するＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記電流供給用スイッチング手段に対してパルス状の信号を交互に分配する切替手段をさらに有し、分配されたパルス状の信号に基づいて励磁電流がＭＩ素子毎に印可されるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、励磁電流はパルス状であるため、電磁波あるいはＩＣチップ内の近接する配線に誘導される態様で、高周波のノイズとして他の回路に影響を及ぼす。切替手段によりパルス状の信号がＭＩ素子毎に設けられた電流供給用スイッチング手段に交互に分配され、その分配されたパルス状の信号に制御されて、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子に励磁電流が供給されるようになっている。したがって、１つのＭＩ素子に励磁電流が流れる場合には他のＭＩ素子には励磁電流が流れないため、励磁電流によるノイズが他のＭＩ素子や、他のＭＩ素子の電流供給用スイッチング手段に影響することがない。したがって、磁場検出の信号対雑音比を向上することができる。また、パルス発生手段をＭＩ素子毎に設けず共用することによって、回路面積を縮小化することができ、ＩＣチップを小型化することができる。
【００１３】
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、前記切替手段は、当該ＩＣチップの外部より供給された切替信号に基づいてパルス状の信号を分配する。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、ＩＣチップの外部、例えばＭＰＵ等から信号が入力される。外部から制御可能とし、所望の時間間隔でＭＩ素子を切替えて磁場成分を検出することができる。
【００１５】
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、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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、前記分配されたパルス状の信号に基づいて、ＭＩ素子毎の前記検知信号を検出する。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、分配されたパルス状の信号により制御された励磁電流がＭＩ素子毎に流れ、その励磁電流に対応して検知信号が信号処理手段に供給される。分配されたパルス状の信号と同期させて検知信号を検出することにより、ＭＩ素子毎に検知信号を確実に検出することができる。
【００１７】
請求項４に記載の如く、請求項１〜３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、前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設ける。
【００１８】
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から励磁電流がＭＩ素子に流れないように電流遮断手段を設けてある。励磁電流を流さない状態で前記信号処理手段の検出信号に重畳するノイズを測定することでき、また、信号処理手段の動作チェックを容易化することができる。
【００１９】
請求項５に記載の如く、請求項４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、電流遮断手段は前記分配されたパルス状の信号を遮断する。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、分配されたパルス状の信号を遮断する。電流遮断手段は励磁電流自体が流れる電流供給用スイッチング手段とＭＩ素子との間や、ＭＩ素子と接地線との間にも設けることができるが、励磁電流の電流値より小さい電流値を有するパルス状の信号を遮断する方が素子構成をより簡略化することができる。
【００２１】
請求項６に記載の如く、外部磁場を検知する複数の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、パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、パルス状の信号によって制御され、ＭＩ素子に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、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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とを有し、前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設けるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段から励磁電流がＭＩ素子に流れないように電流遮断手段を設けてある。励磁電流を流さない状態で、ＭＩ素子や前記信号処理手段の検出信号に重畳するノイズを測定することができ、また、信号処理手段の動作チェックを容易化することができる。その結果、信号対雑音比及び動作信頼性を向上することができる。
【００２３】
請求項７に記載の如く、請求項１〜６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップと、ＭＩ素子とを備えるＭＩセンサが提供される。
【００２４】
請求項８に記載の如く、請求項７記載のＭＩセンサを備える電子装置が提供される。
【００２５】
請求項７及び８記載の発明によれば、上記のＭＩセンサ用のＩＣチップのうちいずれかを備えているので、信号対雑音比及び動作信頼性の向上を図ると共に、小型化が可能である。
【００２６】
【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。
【００２７】
（第１の実施の形態）
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。
【００２８】
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、ケース１１の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。
【００２９】
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にはその表面に、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの接続をするための励磁電流用電極１６、励磁電流用グランド電極１６Ｇ、及び検知信号用電極１７がＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ側の辺の近傍に設けられている。また、電源電圧が供給される電源供給用電極１８や、出力信号を外部のＭＰＵ等に供給するための出力用電極２０、接地電位のためのグランド電極１９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。
【００３０】
ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ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。
【００３１】
図２は、ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。図２を参照するに、ＭＩ素子１２は、アモルファスワイヤ４１と、そのアモルファスワイヤ４１を巻回するように形成された検知コイル４２と、アモルファスワイヤ４１に接続されＩＣチップ１３より励磁電流を供給するための端子４３などにより構成され、例えばおおよそ長さ４ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの形状を有する。ＭＩ素子１２は、磁気インピーダンス効果により、外部磁場のアモルファスワイヤの長手方向の成分の大きさを検出することが可能である。
【００３２】
アモルファスワイヤ４１は、長さ約２ｍｍ、直径数十μｍの軟磁性のアモルファス磁性体から構成されている。アモルファス磁性体は、例えば、ＦｅＢ、ＣｏＢ，ＦｅＮｉＳｉＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＳｉＢを用いることができ、検知コイルに誘起される検知信号の線形性の点より、外部磁場が数Ｏｅ以下において磁歪を示さない材料或いは線引き後の材料が好ましい。なお、アモルファスワイヤ４１に替えて軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体を使用することができるが、軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体の幅方向の反磁場がアモルファスワイヤより大きいので、アモルファスワイヤがより好ましい。また、アモルファスワイヤ４１に替えて非磁性導体のワイヤを芯材として、その表面を軟磁性材料を１０ｎｍから５μｍの厚さで、電着法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより被覆したものを用いても良い。この場合の軟磁性材料には上述した、ＦｅＢ、ＣｏＢ，ＦｅＮｉＳｉＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＳｉＢの他、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＡｌＳｉ等の軟磁性材料を用いることができる。芯剤には例えばＡｌ、Ｃｕ等を用いることができ、アモルファスワイヤより選択の範囲が拡大する点で好ましく、さらに端子４３に接続し易い芯材が選択できる点で好ましい。
【００３３】
また、アモルファスワイヤ４１の長さを２ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下にしてもよい。磁気インピーダンス効果の原理により、アモルファスワイヤ４１を短小化しても外部磁場の検出感度は悪化せず、小型化可能な点で好ましい。短小化した場合の問題点はアモルファスワイヤとＡｌなどからなる端子４３とのボンディングがより困難になることであるが、超音波併用熱圧着法により可能である。また、アモルファスワイヤ４１の周回方向に巻回される検知コイル４２は、例えば１０ｔ〜３０ｔである。
【００３４】
次に図３及び図４を参照しながら、本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップについて詳述する。
【００３５】
図３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４（Ａ）〜（Ｊ）はその波形図である。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。
【００３６】
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、スイッチング回路２４及び検出回路２５に一部はＸ軸、Ｙ軸独立に、その他の回路は共用され構成されている。Ｘ軸、Ｙ軸独立な回路部分は、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、共用部分の回路、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。
【００３７】
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、例えば、もとの信号と遅延させた信号の反転信号の「ＡＮＤ」をとって、図４（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。パルス発生回路２１により生成されたパルス信号はバッファ回路２３に送信される。
【００３８】
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分配される。図５は、ＸＹ軸切替スイッチ２２の一例を示す回路図である。図５を参照するに、ＸＹ軸切替スイッチ２２はデジタル回路（ＴＴＬ）により構成されている。また、ＸＹ軸切替スイッチ２２には、外部からＸＹ切替信号が切替信号電極２７を介して供給され、パルス発生回路２１よりパルス信号が供給される。切替信号電極２７に図４（Ｂ）に示すＸＹ切替信号として「Ｈｉｇｈ」、「Ｌｏｗ」が入力されると、それぞれＸ軸用のバッファ２３Ｘ及びＹ軸用のバッファ２３Ｙにパルス信号が分配される。したがって、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに交互に励磁電流が供給される。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流が同時に供給されることがない。そして、分配されたパルス信号に同期してＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙからの検知信号が検出されるので（後述する）、Ｘ軸及びＹ軸の検知信号は励磁電流の影響を受けることなく、磁場検出感度を向上することができる。
【００３９】
図３に戻り、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４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙのゲートにはパルス信号が交互に入力される。
【００４０】
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４２Ｘ、４２Ｙ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するなどの誤動作が生じてしまう。また、スイッチング時に発生したノイズが他の回路、例えば検出回路２５の検知信号に重畳してしまい、信号対雑音比を低下させてしまう。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、ＩＣチップ１３の対角線上の両端であることが更に好ましい。
【００４１】
スイッチング回路２４に供給される電源電位ＶＤＤ１は、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の電源電位ＶＤＤ２とは独立に設けてもよい。また、スイッチング回路２４の接地電位ＶＳＳ１も同様に、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の接地電位ＶＳＳ２とを独立に設けてもよい。スイッチング回路によりスイッチング時に発生するノイズが電源線や接地線を伝導して検出回路等に混入することを防止できる。また、電源電位ＶＤＤ１、ＶＤＤ２や接地電位ＶＳＳ１、ＶＳＳ２を独立にしなくとも、それぞれの電源線、接地線を異ならせるだけでも同様の効果が得られる。
【００４２】
スイッチング回路２４から供給される励磁電流は、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。
【００４３】
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図２に示すアモルファスワイヤ４１に流れ、ＩＣチップ１３のグランド電極１６Ｇに落とされる。外部磁場のアモルファスワイヤ４１に平行な成分の大きさに応じて、図４（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、検知コイル４２の両端に検知信号が誘導される。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のグランド電極１６Ｇの替わりにＩＣチップ１３の外に設けられた、例えばＭＩセンサ１０のグランドに落とされるようにしても良い。ここで、グランド電極１６Ｇの接地電位ＶＳＳ１は、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の接地電位ＶＳＳ２とは独立に設けられる。スイッチング回路２４のスイッチング時のノイズが接地線を伝導して、検出回路２５に影響を与えることを回避することができる。なお、接地電位ＶＳＳ１、ＶＳＳ２を互いに独立にしなくても、グランド電極１６Ｇに接続される接地線を他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３と異ならせても良い。
【００４４】
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４２Ｘ、４２Ｙ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３２により、そのピーク値が保持される。
【００４５】
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４（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル４２Ｘ、４２Ｙの検知信号に対して、図４（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「Ｈｉｇｈ」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３０により遅延させ、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。
【００４６】
検出回路２５では、図４（Ｉ）に示すように、さらに時系列に連なったＸ軸及びＹ軸の検知信号がコンデンサＣ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が増幅され、検出信号として出力される。
【００４７】
増幅回路２６では、検出信号を所望の電圧まで増幅され、ＩＣチップ１３の表面に設けられた出力用電極２０を介してＩＣチップ１３の外部に出力される。また、増幅回路２６にさらに出力回路２８が設けられ、低インピーダンスの出力信号に変換されるようにしても良い。また、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されるようにしても良い。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、磁場成分を抽出することにより、外部磁場の大きさを求めることができる。
【００４８】
次に、本実施の形態の第１変形例に係るＭＩセンサについて説明する。
【００４９】
図６は第１変形例に係るＭＩセンサの斜視図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図６を参照するに、本変形例のＭＩセンサ６０は、３軸、例えばＸ、Ｙ、及びＺ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚを備え、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚをも接続可能な３軸用のＩＣチップ６３とした以外は第１の実施の形態のＭＩセンサと同様である。
【００５１】
Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚは、ケース１１に埋め込まれ、励磁電流を供給するワイヤ等によりＩＣチップ６３に接続されている。ＭＩ素子１２Ｚ自体はＸ及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙと同様である。なお、図６において、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚはケース１１よりその上方に突出しているが、ＭＩ素子１２ＺをＸＹ面側に傾けるか又はＭＩ素子１２Ｚ自体の小型化を図ることによりケース１１内に格納することができる。また、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚをケース外のＰＣＢ等（図示せず）に配置しても良い。ＰＣＢの厚さ方向とＭＩ素子とを平行にして、ＰＣＢに嵌合することでよりコンパクトに格納することができる。
【００５２】
ＩＣチップ６３は、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが接続可能となっている。具体的には図３に示した２軸用の回路に、Ｚ軸用の回路を追加すれば良い。すなわち、２軸用の回路において、Ｘ軸及びＹ軸が独立して設けられているバッファ回路２３、スイッチング回路２４、及び検出回路２５の一部にさらにＺ軸用の回路を追加すれば良く、さらに、図３に示すＸＹ軸切替スイッチ２２の替わりンに、Ｚ軸にも対応するよう３軸切替スイッチを設けるようにする。
【００５３】
図７は３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。図７を参照するに、３軸切替スイッチ６４は、外部から２ビットのＸＹＺ切替信号が第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２を介して供給される。また、パルス発生回路２１よりパルス信号が入力される。例えば第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２にそれぞれ「Ｈｉｇｈ」が入力されるとＸ軸用のバッファ回路２３Ｘにのみパルス信号が現れる。第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２にそれぞれ「Ｈｉｇｈ」、「Ｌｏｗ」を入力するとＹ軸用のバッファ回路２３Ｙに、「Ｌｏｗ」、「Ｈｉｇｈ」を入力するとＺ軸のバッファ回路２３Ｚにパルス信号が現れる。したがって、外部よりＸＹＺ切替信号を入力することにより、３軸のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚに交互にパルス信号が分配され、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚに交互に励磁電流が供給され、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚから検知信号が供給されるので、より精度の高い磁場の測定が可能となる。
【００５４】
図８は３軸切替スイッチの回路の他の例を示す図である。図７に示した回路図と同様に、３軸切替スイッチ６５は、２ビットのＸＹＺ切替信号が第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２を介して供給されることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚに交互にパルス信号を分配することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図９を参照するに、第２の実施の形態であるＭＩセンサ用のＩＣチップ７３には、ＸＹ切替スイッチ２２とバッファ回路２３との間にパルス信号を遮断する遮断用アナログスイッチ７４が設けられ、それ以外は第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
遮断用アナログスイッチ７４Ｘ、７４Ｙは、Ｘ軸用及びＹ軸用の回路にそれぞれ設けられ、１つの遮断信号によって制御される。遮断信号は外部より入力され、遮断する場合を「Ｈｉｇｈ」に、遮断しない通常の動作状態の場合を「Ｌｏｗ」とする。
【００５８】
遮断信号を「Ｈｉｇｈ」とすると、ＩＣチップ７３はＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流を流さない以外は通常の動作を行う。したがって、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙを接続した状態で、スイッチング回路２４の影響を受けることなく、ＩＣチップ７３の回路、特にホールド回路３２、増幅器３３、増幅回路２６、出力回路２８等の検出回路２５を含む下流の回路の動作チェックを容易に行うことができる。また、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの検知コイル４２Ｘ、４２Ｙに誘導されるノイズ等も評価が可能となる。したがって、このような遮断用アナログスイッチ７４Ｘ、７４Ｙを設けることにより、信号対雑音比及び動作信頼性を向上することができる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図１０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１０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。
【００６０】
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。
【００６１】
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ＭＩ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。
【００６２】
なお、本実施の形態の電子装置を携帯電話機を一例として説明したが、携帯電話機に限定されるわけではない。例えば、携帯端末機、カーナビゲーション装置等に適用できる。
【００６３】
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。例えば、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。
【００６４】
【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、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＭＩ素子の一例を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｊ）は図３に示す回路の波形図である。
【図５】ＸＹ軸切替スイッチの一例を示す回路図である。
【図６】第１の実施の形態の第１変形例に係るＭＩセンサの斜視図である。
【図７】第１変形例に係る３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。
【図８】第２変形例に係る３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る携帯電話機の一例を示す分解図である。
【符号の説明】
１０、４０、５８、６０ ＭＩセンサ
１１ ケース
１２、１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚ ＭＩ素子
１３、４４、６３、７３ ＩＣチップ
１６ 励磁電流用電極
１６Ｇ 励磁電流用グランド電極
１７ 検知信号用電極
２１ パルス発生回路
２２ ＸＹ軸切替スイッチ
２３、２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚ バッファ回路
２４、２４Ｘ、２４Ｙ スイッチング回路
２５ 検出回路
２６ 増幅回路
２８ 出力回路
３１ サンプリング回路
４１、４１Ｘ、４１Ｙ アモルファスワイヤ
４２、４２Ｘ、４２Ｙ 検知コイル
４３ 端子
５０ 携帯電話機
６４、６５ ３軸切替スイッチ
７４、７４Ｘ、７４Ｙ 遮断用アナログスイッチ
ＶＤＤ１、ＶＤＤ２ 電源電位
ＶＳＳ１、ＶＳＳ２ 接地電位
【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つまたは３つのＭＩ素子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状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。この効果を利用した磁気センサはＭＩセンサと呼ばれ、ＭＩセンサはアモルファスワイヤとその回りを巻回されている検知コイルよりなるＭＩ素子と、ＭＩ素子に電流を印可する電流印可回路や検知コイルに誘導された信号を検出する検出回路などにより構成されている。ＭＩセンサは磁気抵抗効果型素子より高感度のため、電子的な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により構成された駆動・検出回路とＭＩ素子とによるＭＩセンサでは、携帯端末の小型化が図れないという問題がある。
【０００６】
さらに、ＩＣチップ化したとしても以下の問題点が生じる。
【０００７】
すなわち、例えば磁場の方向を測定する場合は、１つのＭＩ素子は一方向の磁場の大きさだけしか測定できないため、２つ以上のＭＩ素子が必要となる。かかる場合ＭＩ素子に対応させて、電流印可・検出回路等をそれぞれ設けるとＩＣチップの小型化が図れない。
【０００８】
また、ＭＩ素子には高周波あるいはパルス状の比較的大きな電流が印加されるので、その際に放射される電磁波等のノイズが検出回路等に混入し、信号対雑音比を低下させてしまう。
【０００９】
さらに、ＭＩ素子からの検知信号が検出回路により処理されるが、上述したように様々なノイズが検知信号等に重畳するおそれがある。しかし、励磁電流がＭＩ素子に流れている状態では検知信号をノイズとを区別して評価することが困難であり、また、ＩＣチップの動作状態を的確にチェックすることができない。
【００１０】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、信号対雑音比及び動作信頼性の向上を図ると共に、小型化可能な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。
【００１１】
【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複数のＭＩ素子からの検知信号が供給され、パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子毎に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するＭＩセンサ用のＩＣチップであって、前記電流供給用スイッチング手段に対してパルス状の信号を交互に分配する切替手段をさらに有し、分配されたパルス状の信号に基づいて励磁電流がＭＩ素子毎に印可されるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、励磁電流はパルス状であるため、電磁波あるいはＩＣチップ内の近接する配線に誘導される態様で、高周波のノイズとして他の回路に影響を及ぼす。切替手段によりパルス状の信号がＭＩ素子毎に設けられた電流供給用スイッチング手段に交互に分配され、その分配されたパルス状の信号に制御されて、電流供給用スイッチング手段からＭＩ素子に励磁電流が供給されるようになっている。したがって、１つのＭＩ素子に励磁電流が流れる場合には他のＭＩ素子には励磁電流が流れないため、励磁電流によるノイズが他のＭＩ素子や、他のＭＩ素子の電流供給用スイッチング手段に影響することがない。したがって、磁場検出の信号対雑音比を向上することができる。また、パルス発生手段をＭＩ素子毎に設けず共用することによって、回路面積を縮小化することができ、ＩＣチップを小型化することができる。
【００１３】
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、前記切替手段は、当該ＩＣチップの外部より供給された切替信号に基づいてパルス状の信号を分配する。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、ＩＣチップの外部、例えばＭＰＵ等から信号が入力される。外部から制御可能とし、所望の時間間隔でＭＩ素子を切替えて磁場成分を検出することができる。
【００１５】
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、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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、前記分配されたパルス状の信号に基づいて、ＭＩ素子毎の前記検知信号を検出する。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、分配されたパルス状の信号により制御された励磁電流がＭＩ素子毎に流れ、その励磁電流に対応して検知信号が信号処理手段に供給される。分配されたパルス状の信号と同期させて検知信号を検出することにより、ＭＩ素子毎に検知信号を確実に検出することができる。
【００１７】
請求項４に記載の如く、請求項１〜３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、前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設ける。
【００１８】
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から励磁電流がＭＩ素子に流れないように電流遮断手段を設けてある。励磁電流を流さない状態で前記信号処理手段の検出信号に重畳するノイズを測定することでき、また、信号処理手段の動作チェックを容易化することができる。
【００１９】
請求項５に記載の如く、請求項４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップにおいて、電流遮断手段は前記分配されたパルス状の信号を遮断する。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、分配されたパルス状の信号を遮断する。電流遮断手段は励磁電流自体が流れる電流供給用スイッチング手段とＭＩ素子との間や、ＭＩ素子と接地線との間にも設けることができるが、励磁電流の電流値より小さい電流値を有するパルス状の信号を遮断する方が素子構成をより簡略化することができる。
【００２１】
請求項６に記載の如く、外部磁場を検知する複数の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、パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、パルス状の信号によって制御され、ＭＩ素子に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、前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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とを有し、前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設けるＭＩセンサ用のＩＣチップが提供される。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、電流供給用スイッチング手段から励磁電流がＭＩ素子に流れないように電流遮断手段を設けてある。励磁電流を流さない状態で、ＭＩ素子や前記信号処理手段の検出信号に重畳するノイズを測定することができ、また、信号処理手段の動作チェックを容易化することができる。その結果、信号対雑音比及び動作信頼性を向上することができる。
【００２３】
請求項７に記載の如く、請求項１〜６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップと、ＭＩ素子とを備えるＭＩセンサが提供される。
【００２４】
請求項８に記載の如く、請求項７記載のＭＩセンサを備える電子装置が提供される。
【００２５】
請求項７及び８記載の発明によれば、上記のＭＩセンサ用のＩＣチップのうちいずれかを備えているので、信号対雑音比及び動作信頼性の向上を図ると共に、小型化が可能である。
【００２６】
【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。
【００２７】
（第１の実施の形態）
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。
【００２８】
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、ケース１１の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。
【００２９】
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にはその表面に、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙとの接続をするための励磁電流用電極１６、励磁電流用グランド電極１６Ｇ、及び検知信号用電極１７がＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ側の辺の近傍に設けられている。また、電源電圧が供給される電源供給用電極１８や、出力信号を外部のＭＰＵ等に供給するための出力用電極２０、接地電位のためのグランド電極１９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。
【００３０】
ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ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。
【００３１】
図２は、ＭＩ素子の一例を示す斜視図である。図２を参照するに、ＭＩ素子１２は、アモルファスワイヤ４１と、そのアモルファスワイヤ４１を巻回するように形成された検知コイル４２と、アモルファスワイヤ４１に接続されＩＣチップ１３より励磁電流を供給するための端子４３などにより構成され、例えばおおよそ長さ４ｍｍ、幅１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの形状を有する。ＭＩ素子１２は、磁気インピーダンス効果により、外部磁場のアモルファスワイヤの長手方向の成分の大きさを検出することが可能である。
【００３２】
アモルファスワイヤ４１は、長さ約２ｍｍ、直径数十μｍの軟磁性のアモルファス磁性体から構成されている。アモルファス磁性体は、例えば、ＦｅＢ、ＣｏＢ，ＦｅＮｉＳｉＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＳｉＢを用いることができ、検知コイルに誘起される検知信号の線形性の点より、外部磁場が数Ｏｅ以下において磁歪を示さない材料或いは線引き後の材料が好ましい。なお、アモルファスワイヤ４１に替えて軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体を使用することができるが、軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体の幅方向の反磁場がアモルファスワイヤより大きいので、アモルファスワイヤがより好ましい。また、アモルファスワイヤ４１に替えて非磁性導体のワイヤを芯材として、その表面を軟磁性材料を１０ｎｍから５μｍの厚さで、電着法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより被覆したものを用いても良い。この場合の軟磁性材料には上述した、ＦｅＢ、ＣｏＢ，ＦｅＮｉＳｉＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＣｏＳｉＢの他、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＡｌＳｉ等の軟磁性材料を用いることができる。芯剤には例えばＡｌ、Ｃｕ等を用いることができ、アモルファスワイヤより選択の範囲が拡大する点で好ましく、さらに端子４３に接続し易い芯材が選択できる点で好ましい。
【００３３】
また、アモルファスワイヤ４１の長さを２ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以下にしてもよい。磁気インピーダンス効果の原理により、アモルファスワイヤ４１を短小化しても外部磁場の検出感度は悪化せず、小型化可能な点で好ましい。短小化した場合の問題点はアモルファスワイヤとＡｌなどからなる端子４３とのボンディングがより困難になることであるが、超音波併用熱圧着法により可能である。また、アモルファスワイヤ４１の周回方向に巻回される検知コイル４２は、例えば１０ｔ〜３０ｔである。
【００３４】
次に図３及び図４を参照しながら、本実施の形態のＭＩセンサ用のＩＣチップについて詳述する。
【００３５】
図３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４（Ａ）〜（Ｊ）はその波形図である。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。
【００３６】
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、スイッチング回路２４及び検出回路２５に一部はＸ軸、Ｙ軸独立に、その他の回路は共用され構成されている。Ｘ軸、Ｙ軸独立な回路部分は、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、共用部分の回路、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。
【００３７】
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、例えば、もとの信号と遅延させた信号の反転信号の「ＡＮＤ」をとって、図４（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。パルス発生回路２１により生成されたパルス信号はバッファ回路２３に送信される。
【００３８】
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分配される。図５は、ＸＹ軸切替スイッチ２２の一例を示す回路図である。図５を参照するに、ＸＹ軸切替スイッチ２２はデジタル回路（ＴＴＬ）により構成されている。また、ＸＹ軸切替スイッチ２２には、外部からＸＹ切替信号が切替信号電極２７を介して供給され、パルス発生回路２１よりパルス信号が供給される。切替信号電極２７に図４（Ｂ）に示すＸＹ切替信号として「Ｈｉｇｈ」、「Ｌｏｗ」が入力されると、それぞれＸ軸用のバッファ２３Ｘ及びＹ軸用のバッファ２３Ｙにパルス信号が分配される。したがって、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに交互に励磁電流が供給される。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流が同時に供給されることがない。そして、分配されたパルス信号に同期してＸ軸及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙからの検知信号が検出されるので（後述する）、Ｘ軸及びＹ軸の検知信号は励磁電流の影響を受けることなく、磁場検出感度を向上することができる。
【００３９】
図３に戻り、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４（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、Ｘ軸用及びＹ軸用のスイッチング回路２４Ｘ、２４Ｙのゲートにはパルス信号が交互に入力される。
【００４０】
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４２Ｘ、４２Ｙ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するなどの誤動作が生じてしまう。また、スイッチング時に発生したノイズが他の回路、例えば検出回路２５の検知信号に重畳してしまい、信号対雑音比を低下させてしまう。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、ＩＣチップ１３の対角線上の両端であることが更に好ましい。
【００４１】
スイッチング回路２４に供給される電源電位ＶＤＤ１は、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の電源電位ＶＤＤ２とは独立に設けてもよい。また、スイッチング回路２４の接地電位ＶＳＳ１も同様に、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の接地電位ＶＳＳ２とを独立に設けてもよい。スイッチング回路によりスイッチング時に発生するノイズが電源線や接地線を伝導して検出回路等に混入することを防止できる。また、電源電位ＶＤＤ１、ＶＤＤ２や接地電位ＶＳＳ１、ＶＳＳ２を独立にしなくとも、それぞれの電源線、接地線を異ならせるだけでも同様の効果が得られる。
【００４２】
スイッチング回路２４から供給される励磁電流は、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。
【００４３】
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図２に示すアモルファスワイヤ４１に流れ、ＩＣチップ１３のグランド電極１６Ｇに落とされる。外部磁場のアモルファスワイヤ４１に平行な成分の大きさに応じて、図４（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、検知コイル４２の両端に検知信号が誘導される。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のグランド電極１６Ｇの替わりにＩＣチップ１３の外に設けられた、例えばＭＩセンサ１０のグランドに落とされるようにしても良い。ここで、グランド電極１６Ｇの接地電位ＶＳＳ１は、他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３の接地電位ＶＳＳ２とは独立に設けられる。スイッチング回路２４のスイッチング時のノイズが接地線を伝導して、検出回路２５に影響を与えることを回避することができる。なお、接地電位ＶＳＳ１、ＶＳＳ２を互いに独立にしなくても、グランド電極１６Ｇに接続される接地線を他の回路、例えば検出回路２５やバッファ回路２３と異ならせても良い。
【００４４】
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４２Ｘ、４２Ｙ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３２により、そのピーク値が保持される。
【００４５】
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４（Ｇ）及び（Ｈ）に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の検知コイル４２Ｘ、４２Ｙの検知信号に対して、図４（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「Ｈｉｇｈ」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３０により遅延させ、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。
【００４６】
検出回路２５では、図４（Ｉ）に示すように、さらに時系列に連なったＸ軸及びＹ軸の検知信号がコンデンサＣ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が増幅され、検出信号として出力される。
【００４７】
増幅回路２６では、検出信号を所望の電圧まで増幅され、ＩＣチップ１３の表面に設けられた出力用電極２０を介してＩＣチップ１３の外部に出力される。また、増幅回路２６にさらに出力回路２８が設けられ、低インピーダンスの出力信号に変換されるようにしても良い。また、Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されるようにしても良い。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、磁場成分を抽出することにより、外部磁場の大きさを求めることができる。
【００４８】
次に、本実施の形態の第１変形例に係るＭＩセンサについて説明する。
【００４９】
図６は第１変形例に係るＭＩセンサの斜視図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
図６を参照するに、本変形例のＭＩセンサ６０は、３軸、例えばＸ、Ｙ、及びＺ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚを備え、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚをも接続可能な３軸用のＩＣチップ６３とした以外は第１の実施の形態のＭＩセンサと同様である。
【００５１】
Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚは、ケース１１に埋め込まれ、励磁電流を供給するワイヤ等によりＩＣチップ６３に接続されている。ＭＩ素子１２Ｚ自体はＸ及びＹ軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙと同様である。なお、図６において、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚはケース１１よりその上方に突出しているが、ＭＩ素子１２ＺをＸＹ面側に傾けるか又はＭＩ素子１２Ｚ自体の小型化を図ることによりケース１１内に格納することができる。また、Ｚ軸のＭＩ素子１２Ｚをケース外のＰＣＢ等（図示せず）に配置しても良い。ＰＣＢの厚さ方向とＭＩ素子とを平行にして、ＰＣＢに嵌合することでよりコンパクトに格納することができる。
【００５２】
ＩＣチップ６３は、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚが接続可能となっている。具体的には図３に示した２軸用の回路に、Ｚ軸用の回路を追加すれば良い。すなわち、２軸用の回路において、Ｘ軸及びＹ軸が独立して設けられているバッファ回路２３、スイッチング回路２４、及び検出回路２５の一部にさらにＺ軸用の回路を追加すれば良く、さらに、図３に示すＸＹ軸切替スイッチ２２の替わりンに、Ｚ軸にも対応するよう３軸切替スイッチを設けるようにする。
【００５３】
図７は３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。図７を参照するに、３軸切替スイッチ６４は、外部から２ビットのＸＹＺ切替信号が第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２を介して供給される。また、パルス発生回路２１よりパルス信号が入力される。例えば第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２にそれぞれ「Ｈｉｇｈ」が入力されるとＸ軸用のバッファ回路２３Ｘにのみパルス信号が現れる。第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２にそれぞれ「Ｈｉｇｈ」、「Ｌｏｗ」を入力するとＹ軸用のバッファ回路２３Ｙに、「Ｌｏｗ」、「Ｈｉｇｈ」を入力するとＺ軸のバッファ回路２３Ｚにパルス信号が現れる。したがって、外部よりＸＹＺ切替信号を入力することにより、３軸のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚに交互にパルス信号が分配され、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚに交互に励磁電流が供給され、３軸のＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚから検知信号が供給されるので、より精度の高い磁場の測定が可能となる。
【００５４】
図８は３軸切替スイッチの回路の他の例を示す図である。図７に示した回路図と同様に、３軸切替スイッチ６５は、２ビットのＸＹＺ切替信号が第１及び第２切替信号電極２７−１、２７−２を介して供給されることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のバッファ回路２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚに交互にパルス信号を分配することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図９を参照するに、第２の実施の形態であるＭＩセンサ用のＩＣチップ７３には、ＸＹ切替スイッチ２２とバッファ回路２３との間にパルス信号を遮断する遮断用アナログスイッチ７４が設けられ、それ以外は第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
遮断用アナログスイッチ７４Ｘ、７４Ｙは、Ｘ軸用及びＹ軸用の回路にそれぞれ設けられ、１つの遮断信号によって制御される。遮断信号は外部より入力され、遮断する場合を「Ｈｉｇｈ」に、遮断しない通常の動作状態の場合を「Ｌｏｗ」とする。
【００５８】
遮断信号を「Ｈｉｇｈ」とすると、ＩＣチップ７３はＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙに励磁電流を流さない以外は通常の動作を行う。したがって、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙを接続した状態で、スイッチング回路２４の影響を受けることなく、ＩＣチップ７３の回路、特にホールド回路３２、増幅器３３、増幅回路２６、出力回路２８等の検出回路２５を含む下流の回路の動作チェックを容易に行うことができる。また、ＭＩ素子１２Ｘ、１２Ｙの検知コイル４２Ｘ、４２Ｙに誘導されるノイズ等も評価が可能となる。したがって、このような遮断用アナログスイッチ７４Ｘ、７４Ｙを設けることにより、信号対雑音比及び動作信頼性を向上することができる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
図１０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１０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。
【００６０】
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。
【００６１】
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ＭＩ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。
【００６２】
なお、本実施の形態の電子装置を携帯電話機を一例として説明したが、携帯電話機に限定されるわけではない。例えば、携帯端末機、カーナビゲーション装置等に適用できる。
【００６３】
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。例えば、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。
【００６４】
【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、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＭＩセンサの斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るＭＩ素子の一例を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｊ）は図３に示す回路の波形図である。
【図５】ＸＹ軸切替スイッチの一例を示す回路図である。
【図６】第１の実施の形態の第１変形例に係るＭＩセンサの斜視図である。
【図７】第１変形例に係る３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。
【図８】第２変形例に係る３軸切替スイッチの回路の一例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るＭＩセンサ用のＩＣチップの回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る携帯電話機の一例を示す分解図である。
【符号の説明】
１０、４０、５８、６０ ＭＩセンサ
１１ ケース
１２、１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚ ＭＩ素子
１３、４４、６３、７３ ＩＣチップ
１６ 励磁電流用電極
１６Ｇ 励磁電流用グランド電極
１７ 検知信号用電極
２１ パルス発生回路
２２ ＸＹ軸切替スイッチ
２３、２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚ バッファ回路
２４、２４Ｘ、２４Ｙ スイッチング回路
２５ 検出回路
２６ 増幅回路
２８ 出力回路
３１ サンプリング回路
４１、４１Ｘ、４１Ｙ アモルファスワイヤ
４２、４２Ｘ、４２Ｙ 検知コイル
４３ 端子
５０ 携帯電話機
６４、６５ ３軸切替スイッチ
７４、７４Ｘ、７４Ｙ 遮断用アナログスイッチ
ＶＤＤ１、ＶＤＤ２ 電源電位
ＶＳＳ１、ＶＳＳ２ 接地電位
Claims (8)
- 外部磁場を検知する複数のＭＩ素子からの検知信号が供給され、
パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、
前記パルス状の信号によって制御され、前記ＭＩ素子毎に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するＭＩセンサ用のＩＣチップであって、
前記電流供給用スイッチング手段に対してパルス状の信号を交互に分配する切替手段をさらに有し、分配されたパルス状の信号に基づいて励磁電流がＭＩ素子毎に印可されることを特徴とするＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 前記切替手段は、当該ＩＣチップの外部より供給された切替信号に基づいてパルス状の信号を分配す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。
- 前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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、
前記分配されたパルス状の信号に基づいて、ＭＩ素子毎の前記検知信号を検出す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。 - 前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設けることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。
- 前記電流遮断手段は分配されたパルス状の信号を遮断することを特徴とする請求項４記載のＭＩセンサ用のＩＣチップ。
- 外部磁場を検知する複数の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、
パルス状の信号を発生するパルス発生手段と、
パルス状の信号によって制御され、ＭＩ素子に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、
前記ＭＩ素子からの検知信号が供給され、該検知信号に基づいて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とを有し、
前記励磁電流を遮断する電流遮断手段を設けることを特徴とするＭＩセンサ用のＩＣチップ。 - 請求項１〜６のうち、いずれか一項記載のＭＩセンサ用のＩＣチップと、ＭＩ素子とを備えることを特徴とするＭＩセンサ。
- 請求項７記載のＭＩセンサを備えることを特徴とする電子装置。
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| JP2002318250A JP2004153133A (ja) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | 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 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006098401A (ja) * | 2004-09-16 | 2006-04-13 | Yazaki North America Inc | コンパス配置補正システム |
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| CN110196382A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-03 | 杭州西湖电子研究所 | 一种无检测盲区振荡波局部放电检测装置 |
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2002
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