CN1755325A - 磁性检测装置及使用该磁性检测装置的电子方位计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁性检测装置及使用该磁性检测装置的电子方位计，即使在从磁性检测电路中的放大器输出的电压中不可避免地产生偏移电压，也不会牵连到方位误差。电压发生部(11)将极性反转了的的第一、第二电压施加到传感器部(12)。传感器部(12)输出对应于地磁变化的电压值。偏置磁场发生部(16)将交流偏置磁场施加到传感器部(12)。检测部(13)分别检测出在第一、第二各个电压下以正及负方向施加交流偏置磁场时的电压。通过取得出这些检测出的电压的差分，从而消除从磁性检测电路中输出的偏移电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性检测装置及使用该磁性检测装置的电子方位计。
背景技术
在进行电子方位测定的情况下，通过使用检测出地磁的磁性传感器来进行。已经公知一种技术：在采用包含磁性传感器的磁性检测电路来求解方位的情况下，对磁性传感器施加交流的偏置磁场，当施加了各极性的偏置磁场时，测定从磁性传感器输出的电压。将此电压值存储于电容器内、并使用每一极性的电压值之差来计算方位，由此就能够消除因磁性传感器固有的偏移特性、磁滞特性导致的误差。
专利文献1日本特许第3318761号公报
但是，问题在于，在上述磁性检测电路中，从电路中的放大器(增幅器)输出的电压的差分值不可避免地包含放大器固有的偏移电压，此偏移电压牵连到方位误差。通常，此偏移电压为几mV，而由此偏移电压会使方位偏移5°～10°。
发明内容
本发明鉴于此点、其目的在于，提供一种磁性检测装置及使用该磁性检测装置的电子方位计，该磁性检测装置即使在从检测电路输出的电压中不可避免地产生偏移电压也不会牵连到方位误差。
本发明的磁性检测装置的特征在于，具有：检测磁性的磁性传感器；将极性反转的偏置磁场施加到上述磁性传感器的偏置磁场产生机构；将极性反转了的、大小相等的第一、第二电压施加到上述磁性传感器的电压施加机构；检测对于各极性的偏置磁场所获得的电压值的检测机构；以及使用上述电压值来求解方位的运算机构，上述检测机构求解第一输出电压和第二输出电压、并消除因两者的差分而包含于上述第一及第二输出电压内的偏移电压，上述第一输出电压是针对上述第一电压而施加各极性的偏置磁场所获得的电压值之差，上述第二输出电压是针对上述第二电压而施加各极性的偏置磁场所获得的电压值之差。
根据此结构，在磁性检测之中，通过取得使偏置磁场及电压的极性反转采用而求得的第一及第二输出电压的差分，就能够消除电路内部产生的偏移电压。
本发明的磁性检测装置的特征在于，具有：检测磁性的磁性传感器；将使极性反转的偏置磁场施加到上述磁性传感器的偏置磁场产生机构；将电压施加到上述磁性传感器的电压施加机构；检测相对于各极性的偏置磁场所获得的电压值的检测机构；以及使用上述电压值来求解方位的运算机构，上述检测机构分别输入施加各极性的偏置磁场所获得的第一、第二电压值，且具有切换从上述第一电压值中减去上述第二电压值，或从上述第二电压值中减去上述第一电压值的机构，通过采用切换前后值的差分来消除偏移电压。
根据此结构，通过交替减去施加各极性的偏置磁场所获得的第一、第二电压值，取得此减法运算结果的差分，就能够消除电路内部产生的偏移电压。
在本发明的磁性检测装置中，上述磁性传感器优选包含有相对于磁场表示具有对象性的阻抗变化的磁阻元件。在此情况下，磁阻元件优选为GIG元件或MR元件。
在本发明的磁性检测装置中，上述磁性传感器优选由电桥电路构成。
本发明的电子方位计的特征在于，具有：上述多个磁性检测装置；以及采用通过上述多个磁性检测装置求得的各差分电压来求解方位的方位运算机构。
根据此结构，就能够使用根据磁性阻抗变化所求解的差分电压来进行方位计算。此时，在根据本发明的磁性检测装置中，由于能够消除电路内部产生的偏移电压，所以就能够进行更高精度的方位计算。
发明效果
根据本发明，由于取得第一输出电压和第二输出电压的差分，其中第一输出电压是由相对于第一电压而施加使极性反转的偏置磁场所获得的电压值求解出的、第二输出电压是由相对于第二电压而施加使极性反转的偏置磁场所获得的电压值求解出的，因此就能够消除在从磁性检测电路中的放大器输出的电压中不可避免地产生的偏移电压。由此，就能够计算出没有方位误差的方位。
附图说明
图1是表示具有根据本发明的实施方式1的磁性检测装置的电子方位计的简要结构的方框图。
图2是表示图1中所示的电子方位计的运算部的内部结构的方框图。
图3是用于说明磁阻元件的阻抗变化的图。
图4(a)是表示根据本发明的实施方式1的电子方位计的步骤S1的电路图；图4(b)是表示磁阻元件的阻抗变化的示意图。
图5是根据本发明的实施方式1的电子方位计的各个步骤的控制信号的状态的示意图。
图6(a)是表示根据本发明的实施方式1的电子方位计的步骤S2的电路图；图6(b)是表示磁阻元件的阻抗变化的示意图。
图7是表示根据本发明的实施方式1的电子方位计的步骤S3的电路图。
图8是表示根据本发明的实施方式1的电子方位计的步骤S4的电路图。
图9是表示根据本发明的实施方式2的电子方位计的步骤T1的电路图。
图10是根据本发明的实施方式2的电子方位计的各个步骤的控制信号的状态的示意图。
图11是表示根据本发明的实施方式2的电子方位计的步骤T2的电路图。
图12是表示根据本发明的实施方式2的电子方位计的步骤T3的电路图。
图13是表示根据本发明的实施方式2的电子方位计的步骤T4的电路图。
符号说明
11 电压发生部 12 传感器部
13 检测部 14AD 转换部
15 运算部 16 偏置磁场发生部
17 控制部 121 线圈
131、132放大器 133 电容器
151、154～156数据保存部 152 差分运算部
153 选择部 157 方位运算部
SW1～SW7 开关
具体实施方式
本发明者着眼于在从磁性检测电路的放大器输出的电压中不可避免地产生偏移电压、而此偏移电压牵连到方位误差，发现此偏移电压根据从相对于第一电压施加使极性反转的偏置磁场所获得的电压值求解出的第一输出电压、和从相对于第二电压施加使极性反转的偏置磁场所获得的电压值求解出的第二输出电压的差分来求解出上述第一和第二输出电压时，就能够消除所产生的偏移电压，由此完成本发明。
即，本发明的目的在于，通过从相对于第一电压施加使极性产生反转的偏置磁场所获得的电压值求解出的第一输出电压和从相对于第二电压施加使极性产生反转的偏置磁场所获得的电压值求解出第二输出电压的差分，从而消除从磁性检测电路中的放大器输出的电压中不可避免地产生的偏移电压。
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明使极性反转而对磁性传感器施加电压的结构。即，在本实施方式中，作为第一电压使用一种极性(例如，正)的电压，作为第二电压使用另一种极性(例如，负)的电压。图1是表示具有根据本发明的实施方式1的磁性检测装置的电子方位计的简要结构的方框图。
图1中所示的磁性检测装置主要具有：输出对应于地磁变化的电压值的传感器部12；切换第一和第二电压(正和负电压)并交替地施加到传感器部12的电压发生部11；将偏置磁场施加到传感器部12的偏置磁场发生部16；检测(放大)由传感器部12输出的电压值的检测部13；将电压值进行AD转换的AD转换部14；利用AD转换后的数字数据来求解方位的运算部15；以及对电压发生部11、检测部13和偏置磁场发生部16进行控制的控制部17。
电压发生部11切换施加到传感器部12的电压。在本实施方式中，如图4中所示，其由与传感器部12的电桥电路连接的开关SW1、SW2构成。利用控制部17来控制此电压的切换的时序。
传感器部12由X轴、Y轴及Z轴三个轴构成，具有磁性传感器，该磁性传感器包含检测地磁的磁效应元件，该传感器部12输出对应于地磁变化的电压值。在本实施方式中，如图4中所示，由电桥电路构成。作为磁效应元件，使用相对于磁场表示具有对象性的变化的磁阻元件。作为这种磁效应元件，可列举出GIG(颗粒铟镓磷，Granular In Gap)元件、MR(磁阻元件，MagnetoResistance)元件等。在本实施方式中，使用能够以更高的灵敏度检测地磁的GIG元件。
偏置磁场发生部16通过将用于产生使极性反转的偏置磁场的电流供给到传感器部，来切换施加到传感器部12的偏置磁场。在本实施方式中，如图4中所示，由与传感器部12的电桥电路连接的开关SW3、SW4构成。利用控制部17来控制此偏置磁场的切换时序。
检测部13检测出(放大)由传感器部12输出的电压值。在本实施方式中，如图4中所示，具有放大器131、放大电压值的放大器132、存储电压值的电容器133和切换是否存储到电容器133的开关SW5。利用控制部17来控制此电压值的存储的时序。
AD转换部14将由检测部13检测出的模拟电压值进行AD变换，将所对应的数字数据输出到运算部15。再有，在这里，AD转换部14的分辨能力以相当于10位来使用。
运算部15针对来自AD转换部14的数字数据进行数据间运算，并使用此运算结果进行方位计算。运算部15具有图2中所示的结构。图2是表示图1中所示的电子方位计的运算部的内部结构的方框图。
运算部15主要具有：数据保存部151，存储使用第一电压所获得第一输出电压；差分运算部152，求解使用第二电压所获得的第二输出电压与在数据保存部151中所存储的第一输出电压之间的差分；选择部153，根据获得的差分电压是对应于哪个轴的差分电压来选择存储位置；数据保存部154、155、156，存储对应于X轴、Y轴和Z轴的差分电压；以及方位运算部157，根据这些差分电压(运算结果)而求解出方位。
在此运算部15中，将根据相对于第一电压(正电压)施加各种极性的偏置磁场所获得的电压值求解出的第一输出电压存储到数据保存部151，在能够获得根据相对于第二电压(负电压)施加各种极性的偏置磁场所获得的电压值求解的第二输出电压时，在差分运算部152中，计算出第一输出电压和第二输出电压之间的差分。此差分通过选择部153被存储在数据保存部154～156中。即，如果是X轴用差分，就保存在X轴用数据保存部，如果是Y轴用差分，就保存在Y轴用数据保存部，如果是Z轴用差分，就保存在Z轴用数据保存部。并且，能够使用这些差分电压、由方位运算部157求解出方位。
此外，运算部15兼具用于提高数据的安全性和可靠性的平均化处理、中值处理等的过滤处理功能、以及根据测定环境和传感器温度特性等所产生的漂移修正(drift補正)功能(校准功能，calibration機能)。
控制部17将控制信号φ1～φ4供给到电压发生部11、检测部13及偏置磁场发生部16，以控制各个处理部。此外，控制部17还具有控制与电子方位计的外部进行数据通讯等的功能。此时，为了减少整体的功耗，而导通/截止(ON/OFF)控制各个处理部。
然后，使用图4中所示的电路图来说明本发明的电子电位计的工作。图4是表示根据本发明的实施方式1的电子方位计的电路图。再有，在图4中，为了简单地进行说明，没有示出控制部，示出了控制信号的输入。此外，这里，设第一电压为正，第二电压为负。
首先，如图3中所示，在传感器12中使用的磁阻元件表示相对于磁场显示出对象性(对象性)的磁阻效应。即，当完全没有磁场时，磁阻元件的阻抗为最大；即使施加正、负任意一种磁场，阻抗都变小。如图3中所示，将正的偏置磁场施加到此磁阻元件时，按照偏置磁场，阻抗以Ha为中心变化。并且，在此状态下，来自地磁等外部的其它磁场被施加到磁阻元件上时，就引起阻抗值变化。当此其它磁场的方向与偏置磁场的方向相同时，阻抗值就会减少，当此其它磁场的方向与偏置磁场的方向不同时，阻抗值就会增加。
在本实施方式中，传感器部12由电桥电路构成。在图4的电桥电路中，表示磁阻变化的元件是Ra、Rc。此外，Rb、Rd是固定阻抗。当将电压施加到此电桥电路的一对端子Sa、Sc时，就会从相反的一对端子Sb、Sd输出由各个阻抗分压的电压。由于构成电桥电路的Ra、Rc靠磁性使阻抗变化，因此对应于此磁性输出电压。
在本实施方式中，电压发生部11由开关SW1、SW2构成，根据来自控制部17的控制信号φ1来切换施加到传感器部12的电压的极性(方向)。控制信号φ1为High(H信号)的情况下，通过开关SW1、SW2使Vdd连接到端子Sa侧，从而从端子Sa将电压施加到端子Sd方向。控制信号φ1为Low(L信号)的情况下，通过开关SW1、SW2使Vdd连接到端子Sd侧，从而从端子Sd将电压施加到端子Sa方向。
如图4中所示，偏置磁场发生部16利用来自控制部17的控制信号φ2来切换在安装在传感器部12的线圈121中流动的电流方向，从而将极性已反转的偏置磁场施加到传感器部12。控制信号φ2为High(H信号)的情况下，通过开关SW3、SW4使电流从上侧观看按顺时针方向流动，并在传感器部12中产生沿图3中的HA方向的偏置磁场。控制信号φ2为Low(L信号)的情况下，通过开关SW3、SW4使电流按上述相反方向流动，并在传感器部12中产生沿图3中的HB方向的偏置磁场。
在检测部13中，放大器131连接到电桥电路的端子Sb、Sd，并取入传感器部12的输出。取入的电压通过开关SW5对电容器133进行充电。此外，取入的电压与放大器132的输入端子连接。再有，利用控制部17的控制信号φ3来控制开关SW5。控制信号φ3为High(H信号)的情况下，通过开关SW5，放大器131的输出与电容器133连接，控制信号φ3为Low(L信号)的情况下，利用开关SW5解除与电容器133的连接。使放大器132工作，以便放大电容器133的电压值与作为放大器131输出的电压值之间的差分。由此，放大输出切换施加到传感器部12的偏置磁场的方向时的电压值之差。
接着，说明具有上述结构的电子方位计的工作。此外，设与检测出的磁性(地磁)的磁场相同方向的偏置磁场为正方向。
根据本实施方式的电子方位计的传感器部12中的驱动模式由以下的四个步骤构成。图5示出了各个步骤中的控制信号状态。
S1：电压为正，偏置磁场为正
S2：电压为正，偏置磁场为负
S3：电压为负，偏置磁场为正
S4：电压为负，偏置磁场为负
步骤S1，如图4(a)中所示，施加到传感器部12的电压为正(控制信号φ1为H信号)，施加到传感器部12的偏置磁场为正(控制信号φ2为H信号)。由此磁阻元件的阻抗变化为图4(b)所示那样。通常，没有来自外部的磁场、仅为偏置磁场的情况下，设从传感器部12输出的电压为Vacen和Vbcen时，在存在来自外部的磁场的情况下，就加法计算对应于此阻抗变化部分ΔR的电压ΔV，并从传感器部12输出。当Sd端子的电压为VaS1、Sb端子的电压为VbS1时，这些电压值就满足式(1)、式(2)。
VaS1＝Vacen-ΔV …式(1)
VbS1＝Vbcen+ΔV …式(2)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vs1(第一电压值)就满足式(3)。
Vs1＝VaS1-VbS1
＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(3)
此Vs1，由于控制信号φ3为H信号，所以电压值Vs1被保持在检测部13内的电容器133中。
步骤S2，如图6(a)中所示，施加到传感器部12的电压为正(控制信号φ1为H信号)，施加到传感器部12的偏置磁场为负(控制信号φ2为L信号)。由此磁阻元件的阻抗变化为图6(b)所示那样。此时，由于与图4(a)相比、在偏置磁场极性反转这点不同，因此考虑此点，求解从传感器部12输出的电压值时，满足式(4)、式(5)。
VaS2＝Vacen+ΔV …式(4)
VbS2＝Vbcen-ΔV …式(5)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vs2(第二电压值)满足式(6)。
Vs2＝VaS2-VbS2
＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)
＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(6)
由于此时控制信号φ3为L信号，所以通过放大器132获取Vs2与在步骤S1时的Vs1之间的差分，并放大此差分。设放大器132的内部偏移误差为Vofs、由放大器132放大的电压(第一电压)为Vamp2时，满足式(7)。而且，在以下说明中，为了进行简单说明，说明了放大倍数为1的情况。
Vamp2＝Vs1-Vs2-Vofs
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen-(2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs
＝-4ΔV-Vofs …式(7)
此电压值是由AD转换部14进行数字信号处理、作为数据DD1存储在运算部15的数据保存部151内。数据DD1作为数据是数字数据，但是与Vamp2相同电平的值。
步骤S3，如图7中所示，施加到传感器部12的电压为负(控制信号φ1为L信号)，施加到传感器部12的偏置磁场为正(控制信号φ2为H信号)。由此，磁阻元件的阻抗变化如图4(b)所示那样。此时，由于与图4(a)相比、在电压极性反转这点不同，所以考虑此点，求解从传感器部12输出的电压值时满足式(8)、式(9)。
VaS3＝Vacen+ΔV …式(8)
VbS3＝Vbcen-ΔV …式(9)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vs3(第一电压值)就满足式(10)。
Vs3＝VaS3-VbS3
＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)
＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(10)
此Vs3，由于控制信号φ3为H信号，所以电压值Vs3被保持在检测部13内的电容器133中。
步骤S4，如图8中所示，施加到传感器部12的电压为负(控制信号φ1为L信号)，施加到传感器部12的偏置磁场为负(控制信号φ2为L信号)。由此磁阻元件的阻抗变化如图6(b)所示那样。此时，由于与图4(a)相比、在电压及偏置磁场极性反转这点不同，所以考虑此点，求解从传感器部12输出的电压值时满足式(11)、式(12)。
VaS4＝Vacen-ΔV …式(11)
VbS4＝Vbcen+ΔV …式(12)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vs4(第二电压值)就满足式(13)。
Vs4＝VaS4-VbS4
＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(13)
由于此时控制信号φ3为L信号，所以通过放大器132获取Vs4与在步骤S3时的Vs3之间的差分，并放大此差分。放大器132的内部偏移误差为Vofs，设由放大器132放大的电压(第二电压)为Vamp4时，满足式(14)。这里，放大倍数也为1。
Vamp4＝Vs3-Vs4-Vofs
＝2ΔV+Vacen-Vbcen-(-2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs
＝4ΔV-Vofs …式(14)
此电压值由AD转换部14进行数字信号处理、作为数据DD2被传送到运算部15的差分运算部152。此时，被存储在数据存储部151内的数据DD1也被传送到差分运算部152。而且，数据DD2作为数据是数字，但是与Vamp4相同电平的值。
接着，由差分运算部152进行DD1与DD2的差分运算，通过选择部153将此结果存储在数据保存部154～156内。设差分运算的结果(差分电压)为DDout时，满足式(15)、Vofs被消除。
DDout＝DD1-DD2＝(-4ΔV-Vofs)-(4ΔV-Vofs)
＝-8ΔV …式(15)
由于传感器部12由X轴、Y轴及Z轴的三轴构成，所以通过如上所述的处理就分别求解出X轴用差分电压DDoutX、Y轴用差分电压DDoutY、及Z轴用差分电压DDoutZ。这些差分电压被保存在各个数据保存部154～156内。此后，在方位运算部157中，使用在数据保存部154～156内存储的差分电压，来计算出方位。即，相对于X轴用差分电压DDoutX与Y轴用差分电压DDoutY之比取反正切，由此计算出方位。此外，在修正电子方位计的倾斜状态的运算中使用Z轴用差分电压DDoutZ。例如，在手机等中装配根据本发明的电子方位计的情况下，由于预测出会在倾斜状态下使用手机，在这种情况下，使用Z轴用差分电压DDoutZ进行修正运算，从而计算出方位。
如此，使用根据磁阻变化求解的差分电压DDout，由此就能够计算出方位。在此磁性检测中，通过得到使偏置磁场及电压极性反转而求出的第一和第二输出电压的差分，如上述式(15)中所述，就能够消除电路内部(特别是检测部13内的放大器132)中产生的偏移电压(Vofs)。因此，就能够以更高精度计算方位。
(实施方式2)
在本实施方式中，说明在检测部中切换从使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值中减去使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值、或从使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值中减去使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值的结构。此结构并不是图1中所示的电子方位计的电压发生部11的结构，不使电压极性反转。
此外，在此结构中，设计出切换方法，即在检测部13中切换从使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值中减去使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值、或从使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值中减去(减法方向)使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值。在此情况下，在求解出第一输出电压时施加到传感器部12的第一电压、与求解出第二输出电压时施加到传感器部12的第二电压是相同的。
而且，由于关于AD转换部及运算部15与实施方式1相同，所以省略这些的详细说明。在传感器部12中，电压被施加到电桥电路的端子Sa、Sc之间。
图9是表示根据本发明的实施方式2的电子方位计的电路图。在检测部13中，放大器131连接到电桥电路的端子Sb、Sd，取入传感器部12的输出。取入的电压通过开关SW5对电容器133进行充电。此外，取入的电压与放大器132的输入端子连接。而且，利用控制部17的控制信号φ3来控制开关SW5。控制信号φ3为High(H信号)的情况下，通过开关SW5，放大器131的输出与电容器133连接；控制信号φ3为Low(L信号)的情况下，通过开关SW5，解除与电容器133的连接。放大器132工作，以便放大电容器133的电压值与作为放大器131输出的电压值之间的差分。由此，放大输出切换施加到传感器部12的偏置磁场的方向时的电压值之差。
在放大器132的前级设计有开关SW6、SW7，以切换从使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值中减去使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值、或从使用另一种极性的偏置磁场所获得的第二电压值中减去使用一种极性的偏置磁场所获得的第一电压值(减法计算方向)。通过此切换开关SW6、SW7，切换放大器131及电容器133与放大器132连接的方法(直线、交叉)。当连接为直线的情况下，从使用一种极性(这里为正)的偏置磁场所获得的第一电压值中减去使用另一种极性(这里为负)的偏置磁场所获得的第二电压值；当连接是交叉的情况下，从使用另一种极性(这里为负)的偏置磁场所获得的第二电压值中减去使用一种极性(这里为正)的偏置磁场所获得的第一电压值。
而且，通过控制部17的控制信号φ4来控制开关SW6、SW7。控制信号φ4为High(H信号)的情况下，通过开关SW6、SW7，放大器131的输出与放大器132的+侧连接、电容器133连接到放大器132的-侧。另一方面，控制信号φ4为Low(L信号)的情况下，通过开关SW6、SW7，放大器131的输出与放大器132的-侧连接、电容器133连接到放大器132的+侧。放大器132工作，以便放大电容器133的电压值与作为放大器131输出的电压值之间的差分。由此，放大输出在切换施加到传感器部12的偏置磁场的方向时的电压值之差。
接着，说明具有上述结构的电子方位计的工作。再有，设与检测出的磁性(地磁)的磁场相同方向的偏置磁场为正方向。此外，放大器的放大倍数设为1。
根据本实施方式的电子方位计的传感器部12中的驱动模式由以下的四个步骤构成。图10示出了各个步骤中的控制信号的状态。
T1：开关SW6、SW7为High(直线连接)，偏置磁场为正
T2：开关SW6、SW7为High(直线连接)，偏置磁场为负
T3：开关SW6、SW7为Low(交叉连接)，偏置磁场为正
T4：开关SW6、SW7为Low(交叉连接)，偏置磁场为负
步骤T1，如图9中所示，施加到传感器部12的偏置磁场为正(控制信号φ2为H信号)，检测部13中的放大器131的输出与电容器133的输出为直线(控制信号φ4为H信号)。由此磁阻元件的阻抗变化成为如图4(b)所示那样。通常，没有来自外部的磁场、仅有偏置磁场的情况下，设从传感器部12输出的电压为Vacen和Vbcen，在存在来自外部的磁场的情况下，加法计算出对应于此阻抗变化部分ΔR的电压ΔV，并从传感器部12输出。当将Sd端子的电压设为VaT1、将Sb端子的电压设为VbT1时，这些电压值满足式(16)、式(17)。
VaT1＝Vacen-ΔV …式(16)
VbT1＝Vbcen+ΔV …式(17)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vt1(第一电压值)就满足式(18)。
Vt 1＝VaT1-VbT1
＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(18)
此Vt1，由于控制信号φ3为H信号，所以电压值Vt1被保持在检测部13内部的电容器133中。
步骤T2，如图11中所示，施加到传感器部12的偏置磁场为负(控制信号φ2为L信号)，检测部13中的放大器131的输出与电容器133的输出为直线(控制信号φ4为H信号)。由此，磁阻元件的阻抗变化成为如图6(b)所示那样。此时，由于与图9相比、在偏置磁场极性反转这点不同，因此考虑此点，求解从传感器部12输出的电压值时，满足式(19)、式(20)。
VaT2＝Vacen+ΔV …式(19)
VbT2＝Vbcen-ΔV …式(20)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vt2(第二电压值)就满足式(21)。
Vt2＝VaT2-VbT2
＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)
＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(21)
由于此时控制信号φ3为L信号，所以通过放大器132获取Vt2与在步骤T1时的Vt1之间的差分，并放大此差分。此时，由于控制信号φ4为H信号，所以对放大器132就成为以直线连接的形状。即，从使用正的偏置磁场所获得的第一电压值(Vt1)中减去使用负的偏置磁场所获得的第二电压值(Vt2)。设放大器132的内部偏移误差为Vofs，将由放大器132放大的电压(第一电压)设为Vamp2时，满足式(22)。
Vamp2＝Vt1-Vt2-Vofs
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen-(2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs
＝-4ΔV-Vofs …式(22)
此电压值由AD转换部14进行数字信号处理，作为数据DD1被存储在运算部15的数据保存部151内。数据DD1作为数据是数字数据，但是是与Vamp2相同电平的值。
步骤T3，如图12中所示，施加到传感器部12的偏置磁场为正(控制信号φ2为H信号)，检测部13中的放大器131的输出与电容器133的输出是交叉的(控制信号φ4为L信号)。由此，磁阻元件的阻抗变化成为如图4(b)所示那样。求解此时从传感器部12输出的电压值时，就满足式(23)、式(24)。
VaT3＝Vacen-ΔV …式(23)
VbT3＝Vbcen+ΔV …式(24)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vt3(第一电压值)就满足式(25)。
Vt3＝VaT3-VbT3
＝(Vacen-ΔV)-(Vbcen+ΔV)
＝-2ΔV+Vacen-Vbcen …式(25)
此Vt3，由于控制信号φ3为H信号，所以电压值Vt3被保持在检测部13内部的电容器133中。
步骤T4，如图12中所示，施加到传感器部的偏置磁场为负(控制信号φ2为L信号)，检测部13中的放大器131的输出与电容器133的输出是交叉的(控制信号φ4为L信号)。由此，磁阻元件的阻抗变化成为如图6(b)所示那样。求解此时从传感器部12输出的电压值时，就满足式(26)、式(27)。
VaT4＝Vacen+ΔV …式(26)
VbT4＝Vbcen-ΔV …式(27)
此时，从检测部13内的放大器131输出的电压值Vt4(第二电压值)就满足式(28)。
Vt4＝VaT4-VbT4
＝(Vacen+ΔV)-(Vbcen-ΔV)
＝2ΔV+Vacen-Vbcen …式(28)
由于此时控制信号φ3为L信号，所以通过放大器132获取Vt4与在步骤T3时的Vt3之间的差分，并放大此差分。此时，由于控制信号φ4为L信号，所以对放大器132就成为交叉连接的形状。即，从使用负的偏置磁场所获得的第二电压值(Vt4)中减去使用正的偏置磁场所获得的第一电压值(Vt3)。设放大器132的内部偏移误差为Vofs，由放大器132放大的电压(第二电压)为Vamp4时，满足式(29)。
Vamp4＝Vt4-Vt3-Vofs
＝2ΔV+Vacen-Vbcen-(-2ΔV+Vacen-Vbcen)-Vofs
＝4ΔV-Vofs …式(29)
此电压值由AD转换部14进行数字信号处理、作为数据DD2被传送到运算部15的差分运算部152。此时，被存储在数据保存部151内的数据DD1也被传送到差分运算部152。而且，数据DD2作为数据是数字数据，但是是与Vamp4相同电平的值。
接着，由差分运算部152进行DD1与DD2的差分运算，通过选择部153将此结果存储在数据保存部154～156内。设差分运算的结果(差分电压)为DDout时，满足式(30)，Vofs被消除。
DDout＝DD1-DD2＝(-4ΔV-Vofs)-(4ΔV-Vofs)
＝-8ΔV …式(30)
由于传感器部12由X轴、Y轴及Z轴的三轴构成，所以通过上述处理分别求解出X轴用差分电压DDoutX、Y轴用差分电压DDoutY、Z轴用差分电压DdoutZ。这些差分电压被保存在各个数据保存部154～156内。此后，在方位运算部157中，使用在数据保存部154～156内存储的差分电压，来计算出方位。即，对X轴用差分电压DDoutX与Y轴用差分电压DDoutY之比计算反正切，由此计算出方位。此外，在修正电子方位计的倾斜状态的运算中使用Z轴用差分电压DDoutZ。例如，在手机等中装配根据本发明的电子方位计的情况下，由于预测出会在倾斜状态下使用手机，因此在这种情况下，使用Z轴用差分电压DDoutZ进行修正运算，以计算出方位。
如此，通过使用根据磁阻变化求解的差分电压DDout，就能够计算出方位。在此磁性检测中，通过使偏置磁场及电压极性反转而求得第一和第二输出电压的差分，由此，如上述式(30)中所述，能够消除在电路内部(特别是检测部13内的放大器132)产生的偏移电压。因此，就能够以更高精度计算方位。
本发明不限于上述实施方式1、2可以实施各种变更。例如，在虽然上述实施方式1、2中，说明了由相同电路进行X轴、Y轴及Z轴磁性检测的情况，但在本发明中也可以分别采用X轴、Y轴及Z轴用的磁性检测电路；也可以由相同电路来进行X轴及Y轴的磁性检测、采用其它电路来进行Z轴的磁性检测。上述实施方式1、2中说明的结构并不限于这些，在不脱离本发明的范围限制下可以进行适当变更。
此外，虽然在上述实施方式1、2中说明了仅消除放大器132的偏移电压的情况，但根据本发明也能够消除因其它放大器或传感器的阻抗平衡而产生的偏移电压。
此外，虽然在上述实施方式1、2中说明了以与来自外部的偏压相同方向使磁场偏置的情况，但在本发明中，即使是以与来自外部的偏压不同方向使磁场偏置的情况，也同样能够消除偏移电压、计算出方位。
Claims (6)
1、一种磁性检测装置，其特征在于，具有：检测磁性的磁性传感器；将使极性反转偏置磁场施加到上述磁性传感器的偏置磁场产生机构；将极性反转了的、大小相等的第一、第二电压施加到上述磁性传感器的电压施加机构；检测相对于各极性的偏置磁场所获得的电压值的检测机构；以及使用上述电压值来求解方位的运算机构，上述检测机构求解第一输出电压和第二输出电压、并消除因两者的差分而包含于上述第一及第二输出电压内的偏移电压，其中第一输出电压是针对上述第一电压而施加各极性的偏置磁场所获得的电压值之差，第二输出电压是针对上述第二电压而施加各极性的偏置磁场所获得的电压值之差。
2、一种磁性检测装置，其特征在于，具有：检测磁性的磁性传感器；将使极性反转偏置磁场施加到上述磁性传感器的偏置磁场产生机构；将电压施加到上述磁性传感器的电压施加机构；检测相对于各极性的偏置磁场所获得的电压值的检测机构；以及使用上述电压值来求解方位的运算机构，上述检测机构分别输入施加各极性的偏置磁场所获得的第一、第二电压值，且具有切换从上述第一电压值中减去上述第二电压值、或从上述第二电压值中减去上述第一电压值的机构，通过取得切换前后的值的差分来消除偏移电压。
3、根据权利要求1或权利要求2中所述的磁性检测装置，其特征在于，上述磁性传感器包含有相对于磁场而显示具有对象性的阻抗变化的磁阻元件。
4、根据权利要求3中所述的磁性检测装置，其特征在于，上述磁阻元件是GIG元件或MR元件。
5、根据权利要求1或权利要求2中所述的磁性检测装置，其特征在于，上述磁性传感器由电桥电路构成。
6、一种电子方位计，其特征在于，具有：权利要求1或权利要求2中所述的多个磁性检测装置；以及采用通过上述多个磁性检测装置所求解出的各差分电压来求解方位的方位运算机构。
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