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1. TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor.
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2. STAND DER TECHNIK
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Es ist ein Magnetsensor bekannt, der gebildet wird durch Kombinieren einer dünnfilmartige Platte, die aus einem ferromagnetischen Hauptteil, wie zum Beispiel einer Ni-Fe-Legierung besteht, (bezeichnet als eine magnetische Konvergenzplatte) und eines Paars von Hall-Elementen, und ein Magnetfeld parallel zu einem Substrat (bezeichnet als transversales Magnetfeld), das die Platte und das Paar von Hall-Elementen stützt, erfasst (z.B. Patentdokument 1 bis 3). Dieser Magnetsensor nützt eine Funktion zum Umwandeln des transversalen Magnetfelds in Magnetfelder senkrecht zu dem Substrat (bezeichnet als vertikale Magnetfelder) durch Anziehen der Linien einer Magnetkraft des transversalen Magnetfelds mit der magnetischen Konvergenzplatte. Weil die Anziehung der Linien der Magnetkraft durch die magnetische Konvergenzplatte insbesondere in der Nähe ihrer Endteile intensiv ist, sind die Hall-Elemente in der Nähe der Endteile der magnetischen Konvergenzplatte angeordnet.
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Die Richtungen der vertikalen Magnetfelder, die aus der Umwandlung des transversalen Magnetfelds durch die magnetische Konvergenzplatte resultieren, sind entgegengesetzt hinsichtlich der Richtung senkrecht zu dem Substrat (bezeichnet als die senkrechte Richtung) an zwei symmetrischen Punkten, die ein Ende und das andere Ende der magnetischen Konvergenzplatte sind. Im Hinblick darauf sind die Hall-Element an den zwei symmetrischen Positionen angeordnet. Falls zusätzlich zu dem transversalen Magnetfeld ein anderes Magnetfeld, wie zum Beispiel ein Hintergrund-Magnetfeld, weiterhin angelegt ist, weil die Richtungen, hinsichtlich der senkrechten Richtung, der vertikalen Magnetfelder, die dem anderen Magnetfeld zugeordnet werden können, die gleichen an den zwei symmetrischen Positionen sind, kann nur das transversale Magnetfeld erfasst werden durch Berechnen der Differenz von Ausgangsspannungen der zwei Hall-Elemente und dadurch Auslöschen von Ausgangsspannungen aufgrund des anderen Magnetfelds. Durch Berechnen der Summe von Ausgangsspannungen der zwei Hall-Elemente und dadurch Auslöschen von einer Ausgangsspannung aufgrund des transversalen Magnetfelds, können umgekehrt nur vertikale Magnetfelder des anderen Magnetfelds erfasst werden.
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Im Stand der Technik wird solch ein Magnetsensor verwendet zum Erfassen des geomagnetischen Feldes oder zum Erfassen von zeitlichen Änderungen eines Magnetfelds, die langsam sind, wie zum Beispiel ein durch eine Rotation eines Rotationskörpers verursachtes Magnetfeld. In den letzten Jahren werden sie jedoch verwendet zum Erfassen eines Magnetfelds, das durch einen Strom, der durch Leiter fließt, verursacht wird. Zum Beispiel bei der Vektorsteuerung von Motoren, in Invertern oder dergleichen, einer Überstromerfassung oder dergleichen ändern sich die angelegten Magnetfelder schnell. Aufgrund dessen werden schnelle Reaktionen der Magnetsensoren benötigt.
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Insbesondere in Fahrzeuganwendungen, falls ein Magnetsensor, der als kernloser Sensor unter Verwendung einer magnetischen Konvergenzplatte gebildet ist, verwendet wird anstelle eines Magnetsensors unter Verwendung eines Magnetsammelkerns, der Linien einer Magnetkraft sammelt, und Hall-Elementen zur vertikalen Magnetfeld-Erfassung, wird dieser empfindlich für den Einfluss eines Störmagnetfelds (d.h. ein vertikales Magnetfeld). Falls die vertikalen Magnetfelder nicht homogen um die magnetische Konvergenzplatte und die Hall-Elemente sind, werden Ausgangsspannungen aufgrund der vertikalen Magnetfelder nicht vollständig ausgelöscht in der Differenz von Ausgangsspannungen der zwei Hall-Elemente und aufgrund deren verbleibenden Komponenten, können die vertikalen Magnetfelder möglicherweise im gewissen Ausmaß erfasst werden.
- Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2012-47708
- Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2013-228222
- Patentdokument 3: US-Patent Nr. 5942895
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Weil jedoch in konventionellen Konfigurationen Hall-Elemente in der Nähe von Endteilen einer magnetischen Konvergenzplatte angeordnet sind, falls Drähte, die mit den Hall-Elementen verbunden sind und elektromotorische Kräfte empfangen, geschlossene Schleifen hinsichtlich der Magnetfelder bilden, werden induzierte elektromotorische Kräfte in den Drähten erzeugt und die Antwort-Charakteristiken des Magnetsensors werden verschlechtert. In Fahrzeuganwendungen wird auch eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt aufgrund eines Störmagnetfeldes und eine Verschlechterung der Antwort-Charakteristiken des Magnetsensors können nicht verhindert werden.
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Im Hinblick darauf ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor bereitzustellen, der den Einfluss einer indizierten elektromotorischen Kraft hemmt, die in mit Hall-Elementen verbundenen Drähten erzeugt werden.
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Allgemeine Offenbarung
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(Punkt 1)
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Ein Magnetsensor kann eine magnetische Konvergenzplatte enthalten.
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Der Magnetsensor kann ein elektromechanisches Umwandlungselement enthalten, das auf einer Oberflächenseite der magnetischen Konvergenzplatte angeordnet ist.
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Wenigstens zwei Drähte, die mit dem elektromagnetischen Umwandlungselement verbunden sind, können enthalten sein.
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Der Magnetsensor kann eine Schaltung enthalten, die mit den wenigstens zwei Drähten verbunden ist und ein Signal von dem elektromagnetischen Umwandlungselement empfängt.
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Zwischen dem elektromagnetischen Umwandlungselement und der Schaltung können die wenigstens zwei Drähte kreuzen, während sie voneinander in einer Richtung senkrecht zu der einen Oberfläche der magnetischen Konvergenzplatte getrennt sind, um eine Kompensationsschleife zwischen einer Kreuzung der wenigstens zwei Drähte und der Schaltung zu bilden.
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In einer Draufsicht, betrachtet in einer Richtung senkrecht zu der einen Oberfläche der magnetischen Konvergenzplatte, kann wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von der Kompensationsschleife eingenommen wird, durch die magnetische Konvergenzplatte abgedeckt sein.
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(Punkt 2)
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Wenigstens ein Teil des durch die Kompensationsschleife eingenommenen Bereichs kann auf der einen Oberflächenseite eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte angeordnet sein.
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(Punkt 3)
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Die Kompensationsschleife kann eine induzierte elektromotorische Kraft, die durch die wenigstens zwei Drähte zwischen dem elektromagnetischen Umwandlungselement und der Kreuzung der wenigstens zwei Drähte verursacht wird, auslöschen.
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(Punkt 4)
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In der Draufsicht, betrachtet in der Richtung senkrecht zu der einen Oberfläche der magnetischen Umwandlungsplatte kann wenigstens ein Teil des elektromagnetischen Umwandlungselements durch die magnetische Konvergenzplatte abgedeckt sein.
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(Punkt 5)
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Der Magnetsensor kann weiterhin eine andere magnetische Konvergenzplatte enthalten, die getrennt von der magnetischen Konvergenzplatte angeordnet ist.
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Der Magnetsensor kann weiterhin ein anderes elektromagnetisches Umwandlungselement enthalten, das auf einer Oberflächenseite der anderen magnetischen Konvergenzplatte angeordnet ist.
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Der Magnetsensor kann weiterhin wenigstens zwei andere Drähte enthalten, die mit dem anderen elektromagnetischen Umwandlungselement verbunden sind.
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Die Schaltung kann weiterhin mit den zwei anderen Drähten verbunden sein, um ein Signal von dem anderen elektromagnetischen Umwandlungselement zu empfangen.
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Zwischen den anderen elektromagnetischen Umwandlungselement und der Schaltung, können sich die zwei anderen Drähte in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche der anderen magnetischen Konvergenzplatte kreuzen, während sie voneinander in einer Richtung getrennt sind, die eine Oberfläche der anderen magnetischen Konvergenzplatte kreuzt, und eine andere Kompensationsschleife zwischen einer Kreuzung der zwei anderen Drähte und der Schaltung bilden, und
die magnetische Konvergenzplatte, das elektromagnetische Umwandlungselement und die Kompensationsschleife, und die andere magnetische Konvergenzeinheit, die das andere elektromagnetische Umwandlungselement und die andere Kompensationsschleife können symmetrisch um eine Richtung parallel zu einer Oberfläche der magnetischen Konvergenzplatte angeordnet sein.
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(Punkt 6)
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Die Schaltung kann eine Differenz in jeweiligen Ausgangssignalen des elektromagnetischen Umwandlungselements und des anderen elektromagnetischen Umwandlungselements berechnen.
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(Punkt 7)
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Ein Magnetsensor kann eine magnetische Konvergenzplatte enthalten, die auf einem Substrat ausgebildet ist.
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Der Magnetsensor kann eine Verunreinigungs-Diffusionsschicht enthalten, die auf dem Substrat ausgebildet ist.
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Der Magnetsensor kann erste bis vierte Anschlüsse enthalt en, die mit der Verunreinigungs-Diffusionsschicht verbunden sind.
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Der Magnetsensor kann einen ersten Draht enthalten, der mit dem ersten Anschluss verbunden ist.
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Der Magnetsensor kann einen dritten Draht enthalten, der mit dem dritten Anschluss verbunden ist, der gegenüberliegend dem ersten Anschluss angeordnet ist.
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Der Magnetsensor kann einen zweiten Draht enthalten, der mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
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Der Magnetsensor kann einen vierten Draht enthalten, der mit dem vierten Anschluss verbunden ist, der gegenüberliegend dem zweiten Anschluss angeordnet ist.
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Der erste Draht und der dritte Draht können sich kreuzen, während sie voneinander in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat getrennt sind und eine erste Drahtschleife nach der Kreuzung bilden, und wenigstens ein Teil eines Bereichs, der durch die erste Drahtschleife eingenommen wird, wird durch die magnetische Konvergenzplatte abgedeckt in einer Draufsicht, betrachtet in der Richtung senkrecht zu dem Substrat.
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(Punkt 8)
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Der zweite Draht und der vierte Draht können einander kreuzen, während sie voneinander in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat getrennt sind und eine zweite Drahtschleife nach der Kreuzung bilden, und wenigstens einen Teil eines durch die zweite Drahtschleife eingenommenen Bereichs kann durch die magnetische Konvergenzplatte abgedeckt sein in einer Draufsicht, betrachtet in der Richtung senkrecht zu dem Substrat.
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(Punkt 9)
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Die Bereiche, die jeweils durch die erste Drahtschleife angenommen werden, können wenigstens teilweise in der Richtung senkrecht zu dem Substrat überlappen.
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(Punkt 10)
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Der Magnetsensor kann weiterhin einen Schalter enthalten, der mit den ersten bis vierten Drähten verbunden ist.
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Die erste Drahtschleife kann zwischen einer Kreuzung der ersten und dritten Drähte und dem Schalter ausgebildet sein.
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Die zweite Drahtschleife kann zwischen einer Kreuzung der zweiten und vierten Drähte und dem Schalter ausgebildet sein.
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(Punkt 11)
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Die Verunreinigungs-Diffusionsschicht kann ein elektromagnetisches Umwandlungselement sein.
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(Punkt 12)
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Der erste Anschluss und der zweite Anschluss können einander gegenüberliegen und der dritte Anschluss und der vierte Anschluss können einander gegenüberliegen.
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(Punkt 13)
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Die ersten bis vierten Anschlüsse und die ersten bis vierten Drähte können auf dem Substrat integriert sein.
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(Punkt 14)
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Ein erster Zustand, in dem die ersten und dritten Anschlüsse Stromversorgungs-Anschlüsse sind und die zweiten und vierten Anschlüsse Ausgangsanschlüsse sind, und ein zweiter Zustand, in dem die ersten und dritten Anschlüsse Ausgangsanschlüsse sind und die zweiten und vierten Anschlüsse Stromversorgungs-Anschlüsse sind, können von einem zum anderen alternierend umgeschaltet werden.
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(Punkt 15)
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Ein Magnetsensor kann ein elektromagnetisches Umwandlungselement enthalten.
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Der Magnetsensor kann eine Schaltung enthalten, die mit dem elektromagnetischen Umwandlungselement verbunden ist.
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Der Magnetsensor kann ein Drahtpaar enthalten, das mit dem elektromagnetischen Umwandlungselement und der Schaltung verbunden ist.
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Das Drahtpaar kann einen Kompensations-Verdrahtungsabschnitt aufweisen, der ein Verdrahtungsabschnitt ist, der eine induzierte elektromotorische Kraft in einer umgekehrten Richtung zu einer induzierten elektromotorischen Kraft erzeugt, die erzeugt wird durch ein Magnetfeld, das an einem Schleifenverdrahtungsabschnitt angelegt wird, der an das elektromagnetische Umwandlungselement und einen Teildraht umfasst, der mit dem elektromagnetischen Umwandlungselement verbunden ist.
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(Punkt 16)
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Das Drahtpaar kann zwei Kreuzungsdrähte enthalten, von denen jeder den anderen oberhalb oder unterhalb passiert.
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Der Schleifenverdrahtungsabschnitt kann näher an dem elektromagnetischen Umwandlungselement relativ zu der Kreuzung positioniert sein.
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Der Kompensations-Verdrahtungsabschnitt kann näher an der Schaltung relativ zu der Kreuzung positioniert sein.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Magnetsensor bereitgestellt werden, der eine magnetische Konvergenzplatte enthält, die den Einfluss einer induzierten elektromotorischen Kraft, die durch Drähte verursacht wird, hemmt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1 zeigt eine Konfiguration eines kreuzförmig symmetrischen Hall-Elements gemäß einer Ausführungsform.
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2A zeigt einen Positionszusammenhang zwischen einem Paar von Hall-Elementen und einem Paar von Konvergenzplatten in einem Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform.
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2B zeigt eine Querschnittansicht, die entlang einer Linie L2-L2 in 2A gezeigt ist.
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3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Signalverarbeitungssystems in einem Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform zeigt.
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4A zeigt ein Prinzip, das erläutert, wie induzierte elektromotorische Kräfte durch mit Hall-Elementen verbundene Drähte verursacht werden.
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4B ist eine Querschnittansicht, die entlang einer Linie L4-L4 in 4 genommen wird.
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5A zeigt eine Anordnung eines Paars von Kompensationsschleifenbereichen, die induzierte elektromotorische Kräfte in einem Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform auslöschen.
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5B ist eine Querschnittansicht, die entlang einer Linie L5-L5 in 5A genommen wird.
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6 Positionszusammenhang zwischen einem Paar von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und einem Paar von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer Variante.
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7 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen einem Paar von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und einem Paar von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer zweiten Variante.
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8 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen zwei Paaren von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und zwei Paaren von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer dritten Variante.
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9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Signalverarbeitungssystems zeigt in einem Fall, dass die Hall-Elemente veranlasst werden, eine Stromoperation in dem Magnetsensor gemäß der dritt en Variante auszuführen.
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10 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen zwei Paaren von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und zwei Paaren von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer vierten Variante.
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11 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen einem Paar von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und einem Paar von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer fünften Variante.
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12 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen einem Paar von Hall-Elementen, einer magnetischen Konvergenzplatte und einem Paar von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer sechsten Variante.
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13 ist ein Positionszusammenhang zwischen zwei Paaren von Hall-Elementen, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten und zwei Paaren von Kompensationsschleifenbereichen in einem Magnetsensor gemäß einer siebten Variante.
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BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine magnetische Erfassungsvorrichtung (bezeichnet als Magnetsensor) gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die Ausführungsformen beschränken nicht die Erfindung gemäß dem Ansprüchen und alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind nicht notwendigerweise wesentlich für die Mittel, die durch Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Gegenseitig entsprechende Teile durch alle Figuren sind mit den gleichen Symbolen bezeichnet und deren Erläuterung wird nach Bedarf weggelassen.
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Als ein elektromagnetisches Umwandlungselement mit einer elektromagnetischen Umwandlungsfunktion gibt es hauptsächlich ein sogenanntes symmetrisches Hall-Element, auf welches ein drehendes Stromverfahren angewendet werden kann.
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1 zeigt eine Konfiguration eines kreisförmigen symmetrischen Hall-Elements. Das symmetrische Hall-Element 100 weist einen kreuzförmigen symmetrischen sensitiven Teil 105 auf. Unter vier überhängenden Enden 101, 102, 103 und 104 des magnetisch sensitiven Teils 105 sind die zwei überhängenden Enden 101 und 103, die auf den Ober- und Unterseiten in der Figur angeordnet sind, wobei der Mittelpunkt des magnetischen sensitiven Teils 105 dazwischen angeordnet ist, mit Hall-Element-Stromversorgungsanschlüssen A und B ausgestattet, und die zwei überhängenden Enden 102 und 104, die auf den linken und rechten Seiten in der Figur mit dem Mittelpunkt des magnetischen sensitiven Teils 105 dazwischen sind mit Hall-elektromotorischen Spannungsausgangs-Anschlüssen B bzw. D ausgestattet.
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Das symmetrische Hall-Element ist ein Hall-Element dessen geometrische Form die gleiche bleibt, sogar falls die Anordnung des einen Paars von Hall-Element-Stromversorgungs-Anschlüssen und die Anordnung des einen Paars von elektromotorischen Spannungsausgangsanschlüssen getauscht werden, und ist mit anderen Worten ein Hall-Element, dessen Gesamtform viermal rotations-symmetrisch um die Achse ist, die senkrecht zu der Papieroberfläche ist, die durch den Mittelpunkt verläuft (nicht gezeigt in der Figur). Dementsprechend kann das symmetrische Hall-Element 100 die Stromversorgungs-Anschlüsse als Ausgangsanschlüsse verwenden und die Ausgangsanschlüsse auch als Stromversorgungs-Anschlüsse. Im Hinblick darauf werden in der vorliegenden Beschreibung die Hall-Element-Stromversorgungsanschlüsse A und C auch als Stromversorgungsanschlüsse oder Anschlüsse A und C bezeichnet und die Hall-elektromotorischen Spannungsausgangsanschlüsse B und D werden auch als Ausgangsanschlüsse oder Anschlüsse B und D bezeichnet.
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2A und 2B zeigen einen Positionszusammenhang zwischen einem Paar vom Hall-Elementen und einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten in einem Magnetsensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2A zeigt deren Positionszusammenhang in einer Draufsicht und 2B zeigt ihren Positionszusammenhang in einem Querschnitt, der entlang eine Linie L2-L2 in 2A genommen wird. Der Magnetsensor 10 enthält ein Substrat 205, ein Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und ein Paar von Hall-Elementen 201 und 202.
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Das Substrat 205 ist in einem Beispiel ein Siliziumsubstrat und ist ausgestattet mit einer Verdrahtungsschicht 204 und einem Schutzfilm 203 auf der oberen Oberfläche. Die Verdrahtungsschicht 204 ist eine Isolationsschicht, die mit einer Verdrahtung auszustatten ist, die mit Anschlüssen des einen Paars von Hall-Elementen 201 und 202 verbunden ist. Der Schutzfilm 203 ist ein dünner Film, der die Verdrahtungsschicht 204 abdeckt und schützt.
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Das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 haben gleichschenklig trapezförmige Formen und sind auf einer Seite und der anderen Seite auf der Schutzschicht 203 in der Links/Rechts-Richtung in der Figur angeordnet, wobei ihre jeweiligen oberen Seiten einander gegenüberstehen.
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Das eine Paar von Hall-Elementen 201 und 202 bilden eine Verunreinigungs-Diffusionsschicht auf dem Substrat 205, weisen Oberflächen auf, die auf der oberen Oberfläche der Verunreinigungs-Diffusionsschicht exponiert sind, und sind ausgebildet mit ihren Oberflächen, die durch die Verdrahtungsschicht 204 abgedeckt sind. In den Hall-Elementen 201 und 202 werden die Stromversorgungsanschlüsse A und C und die Ausgangsanschlüsse B und D symmetrisch bereitgestellt. Das eine Paar von Hall-Elementen 201 und 202 ist an einem Endteil des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 200 angeordnet, das heißt jeweils direkt unter den oberen Seiten der gleichschenkeligen Trapeze. Dadurch ist die Hälfte des Hall-Elements 201, das die Anschlüsse C und D enthält, durch eine magnetische Konvergenzplatte 201 abgedeckt und die Hälfte des Hall-Elements 202, das die Anschlüsse C und D enthält, ist durch die andere magnetische Konvergenzplatte 200 abgedeckt.
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Aufgrund dieser Anordnung des einen Paars von Hall-Elementen 201 und 202 relativ zu dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und dieser Formen des einen Paars der magnetischen Konvergenzplatten 200, treten die magnetischen Flüsse eines transversalen Magnetfelds, das parallel zu dem Substrat orientiert ist, in das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 von ihren Basen ein, werden durch die zugespitzten Formen der gleichschenkeligen Trapeze kondensiert, um in der magnetischen Flussdichte vergrößert zu werden, und treten von den Oberseiten der magnetischen Konvergenzplatten 200 aus; dadurch wird das transversale Magnetfeld in vertikale Magnetfelder mit hoher Intensität umgewandelt, die von den Hall-Elementen 201 bzw. 202 direkt unter den oberen Seiten erfasst werden.
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3 zeigt eine Konfiguration eines Signalverarbeitungssystems in dem Magnetsensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Signalverarbeitungssystem enthält eine Hall-Element-Antriebsschaltung 305, eine Signalverarbeitungsschaltung 303 und einen Verstärker oder Komparator 304. Die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 ist mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C der Hall-Elemente 201 und 202 über Drähte verbunden, um Signale an die Hall-Elemente jeweils zu senden. Die Signalverarbeitungsschaltung 303 ist mit den Ausgangsanschlüssen B und D der Hall-Elemente 201 und 202 über Drähte verbunden, um Hall-elektromotorische Kräfte (Ausgangssignale, die sie enthalten) zu empfangen, die von den jeweiligen ausgegeben werden, und führt Operationen durch, wie zum Beispiel Addition oder Subtraktion und gibt die Ergebnisse aus. Der Verstärker oder Komparator 304 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 303 verbunden und verstärkt die Operationsergebnisse, die von der Signalverarbeitungsschaltung 303 eingegeben werden, oder vergleicht die Operationsergebnisse mit Bezug auf eine Ausgabe der Ergebnisse als Magnetsensorausgaben. Der Verstärker oder Komparator 304 kann mit einem Filter ausgestattet sein und eine Bandbreitensteuerung bereitstellen.
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4A und 4B zeigen ein Prinzip, das erläutert, wie injizierte elektromotorische Kräfte verursacht werden durch Drähte, die mit den Hall-Elementen 201 und 202 verbunden sind, in einer konventionellen Konfiguration eines Magnetsensors. 4A zeigt eine Draufsicht der Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und der Signalverarbeitungsschaltung 303, die in dem in 3 gezeigten Signalverarbeitungssystem enthalten sind zusammen mit dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und dem einen Paar von Magnetkonvergenzplatten 200 in dem Magnetsensor 10 gemäß der in 2A gezeigten Ausführungsform. 4B zeigt insbesondere eine Anordnung von Drähten in einem Querschnitt, der entlang einer Linie L4-L4 in 4A genommen ist. Die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 ist mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 201 durch Drähte N401 bzw. N403 verbunden und mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 202 durch Drähte N405 bzw. N407. Die Signalverarbeitungsschaltung 303 ist mit den Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 201 durch Drähte N402 bzw. N404 verbunden und mit den Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 202 durch Drähte N406 bzw. N408.
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Die Drähte N402 und N404 bilden einen geschlossenen Schleifenbereich S401, der das Hall-Element 201 zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung 303 enthält. Die Drähte N406 und N408 bilden auch einen geschlossenen Schleifenbereich S402, der das Hall-Element 202 zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung 303 enthält. Diese geschlossenen Schleifen S401 und S402 sind positioniert, zusammen mit den Hall-Elementen 201 bzw. 202, in der Nähe der Endteile der magnetischen Konvergenzplatten 200, wo magnetische Flussdichten groß sind. Falls ein transversales Übergangsmagnetfeld von links nach rechts in der Figur angelegt wird, tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 201 in der Richtung von der nahen Seite zu der fernen Seite auf der Papieroberfläche ein; deshalb wird ein im Gegenuhrzeigersinn induzierte elektromotorische Kraft in dem geschlossenen Schleifenbereich S401, der das Hall-Element 201 enthält, erzeugt, um gegen dieses Magnetfeld zu agieren. Weiterhin tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 202 in der Richtung von der fernen Seite in Richtung der nahen Seite auf der Papieroberfläche ein; deshalb wird eine im Uhrzeigersinn induzierte elektromotorische Kraft erzeugt in dem geschlossenen Schleifenbereich 402, der das Hall-Element 202 enthält, um gegen dieses Magnetfeld zu agieren.
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Eine Magnetsensorausgabe VO wird abgeleitet. Falls ein transversales Magnetfeld zu erfassen ist, berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 303 die Differenz in jeweiligen Ausgangssignalen V1 und V2 des einen Paars von Hall-Elementen 201 und 202. Zusätzlich zu einer elektromotorischen Hall-Kraft Vh1, die von dem Hall-Element 201 ausgegeben wird, enthält das Ausgangssignal Vh1 eine induzierte elektromotorische Kraft Vind1, die von dem geschlossenen Schleifenbereich S401 verursacht wird. Das heißt V1 = Vh1 – Vind1. Zusätzlich zu einer elektromotorischen Hall-Kraft Vh2, die von dem Hall-Element 202 ausgegeben wird, enthält das Ausgangssignal V2 eine induzierte elektromotorische Kraft Vind2, die von dem geschlossenen Schleifenbereich S402 verursacht wird. Das heißt, V2 = –Vh2 + Vind2. Eine induzierte elektromotorische Kraft Vind ist im Allgemeinen gegeben durch Vind = –dφ/dt = d(BS)/dt unter Verwendung der Zeit t, einer magnetischen Flussdichte B und der Fläche S eines geschlossenen Schleifenbereichs. Dementsprechend ist eine Magnetsensorausgabe VO gegeben durch Gleichung (1). VO = V1 – V2 = (Vh1 + Vh2) – (Vind1 + Vind2) (1)
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Wie aus Gleichung (1) erkannt werden kann, aufgrund einer induzierten elektromotorischen Kraft (Vind1 + Vind2), die erzeugt wird, um einer elektromagnetischen Hall-Kraft (Vh1 + Vh2) in der Magnetsensorausgabe VO entgegenzuwirken, sind Antworten eines Magnetsensors verzögert.
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Weiterhin wird ein Fall betrachtet, in dem vertikale Magnetfelder einem transversalen Magnetfeld überlagert sind. Weil die elektromotorische Hall-Kräfte Vh1v und Vh2v auf die Hall-Elemente 201 und 202 einwirken und die induzierten elektromotorischen Kräfte Vind1v und Vind2v auf die geschlossenen Schleifenregionen S401 und S402 aufgrund von vertikalen Magnetfeldern einwirken: Ausgangssignal V1 des Hall-Elements 201 = (Vh1 – Vind1) + (Vh1v – Vind1v) Ausgangssignal V2 des Hall-Elements 202 = (–Vh2 + Vind2) + (Vh2v – Vind2v).
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Dementsprechend ist die Magnetsensorausgabe VO gegeben durch Gleichung (2) VO = V1 – V2 = (Vh1 + Vh2) – (Vind1 + Vind2) + (Vh1v – Vh2v) – (Vind1v – Vind2v) (2)
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Falls das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 geometrisch symmetrisch angeordnet ist und das eine Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und die peripheren Drähte symmetrisch angeordnet sind, weil Vh1 = Vh2 = Vh, Vind1 = Vind2 = Vind, Vh1v = Vh2v and Vind1v = Vind2v, kann die magnetische Sensorausgabe VO wie durch Gleichung (3) ausgedrückt modifiziert werden. VO = 2Vh – 2Vind (3)
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Es kann aus Gleichung (3) erkannt werden, dass nur ein transversales Magnetfeld erfasst werden kann, sogar falls vertikale Magnetfelder überlagert werden auf dem transversalen Magnetfeld. Falls es jedoch einen Versatz des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 200 gibt, so dass ein nicht gleichförmiges vertikales Magnetfeld an den Hall-Elementen 201 und 202, dem einem Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und den peripheren Drähten während der Herstellung angelegt wird, werden Komponenten des vertikalen Magnetfelds, ausgedrückt durch dritte und vierte Teile auf der rechten Seite der Gleichung (2), nicht Null, so dass die Antwort-Charakteristiken eines Magnetsensors weiter verschlechtert werden.
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5A und 5B zeigen eine Anordnung eines Paars von Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502, die induzierte elektromotorische Kräfte in dem Magnetsensor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auslöschen und zeigt insbesondere einen Positionszusammenhang mit dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und dem Paar von Magnet-Konvergenzplatten 200. 5A zeigt eine Draufsicht der Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und der Signalverarbeitungsschaltung 303, die in dem in 3 gezeigten Signalverarbeitungssystem zusammen mit dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und dem einen Paar von Magnetkonvergenzplatten 200 in dem Magnetsensor 10 gemäß der in 2A gezeigten Ausführungsform enthalten sind. 5B zeigt insbesondere eine Anordnung des Kompensations-Schleifenbereichs S501 in einem Querschnitt, der entlang einer Linie L5-L5 in 5A genommen wird.
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In der Verdrahtungsschicht 204 ist ein Kompensations-Schleifenbereichen S501 ausgebildet, der eine in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 hervorgerufene induzierte elektromotorische Kraft kompensiert, in den Drähten N402 und N404, die mit den Ausgangsanschlüssen B bzw. D des Hall-Elements 201 verbunden sind. Zwischen dem Hall-Element 201 und der Signalverarbeitungsschaltung 303 kreuzen sich die Drähte N402 und N404 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat 205, wobei sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats 205 getrennt sind, und bildet den Kompensations-Schleifenbereichen S501 zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung 303, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der Magnet-Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensations-Schleifenbereiche S501 darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. In der Draufsicht weisen die Drähte N402 und N404 den Kreuzungspunkt auf und, in einer Querschnittansicht, sind die Drähte N402 und N404 voneinander an dem Kreuzungspunkt in der Tiefenrichtung getrennt. Das heißt, die Drähte N402 und N404 weisen einen schiefen Positionszusammenhang auf. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von dem Kompensations-Schleifenbereich S501 eingenommen wird, wird von der Magnet-Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht betrachtet in der Tiefenrichtung des Substrats 205 abgedeckt.
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Ähnlich wird in der Verdrahtungsschicht 204 der Kompensations-Schleifenbereich S502, der eine von dem geschlossenen Schleifenbereich S402 verursachte induzierte elektromotorische Kraft kompensiert, in den Drähten N406 und N408 ausgebildet, die mit den Ausgangsanschlüssen B bzw. D des Hall-Elements 202 verbunden sind. Zwischen dem Hall-Element 202 und der Signalverarbeitungsschaltung 303 kreuzen sich die Drähte N406 und N408 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat 205, wobei sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats 205 getrennt sind, und bildet den Kompensations-Schleifenbereich S502 zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung 303, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensations-Schleifenbereich S502 darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von dem Kompensations-Schleifenbereich S502 eingenommen wird, wird von der magnetischen Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht gesehen in der Tiefenrichtung des Substrats 205 abgedeckt.
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Ein Prinzip, das erläutert, wie eine induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 hervorgerufen wird, durch den Kompensations-Schleifenbereichen S501 kompensiert wird, wird erläutert.
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Es wird angenommen, dass, wie in 5A gezeigt, ein vorübergehendes transversales Magnetfeld von links nach rechts in der Abbildung angelegt wird. Das transversale Magnetfeld wird in ein vertikales Magnetfeld durch die magnetische Konvergenzplatte 200 auf der linken Seite in der Figur umgewandelt, und tritt in das Hall-Element 201 ein, das heißt der geschlossene Schleifenbereich S401 von der nahen Seite in Richtung der fernen Seite auf der Papieroberfläche, und tritt auch in den Kompensations-Schleifenbereich S501 ein. Dadurch werden im Gegenuhrzeigersinn induzierte elektromotorische Kräfte erzeugt für sowohl den geschlossenen Schleifenbereich S401 als auch den Kompensations-Schleifenbereichs S501, um dem Magnetfeld entgegenzuwirken. Die Drähte N402 und N404, die den geschlossenen Schleifenbereich S401 und den Kompensations-Schleifenbereich S501 bilden, schneiden sich einmal zwischen dem geschlossenen Schleifenbereich S401 und dem Kompensations-Schleifenbereich S501. Die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Kompensations-Schleifenbereich S501 hervorgerufen wird, ist in einer Richtung verschieden von derjenigen der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 hervorgerufen wird, und löscht diese aus.
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Das transversale Magnetfeld wird auch in ein vertikales Magnetfeld durch die magnetische Konvergenzplatte 200 auf der rechten Seite in der Abbildung umgewandelt, tritt in das Hall-Element 202 ein, das heißt den geschlossenen Schleifenbereich S402 von der fernen Seite in Richtung der nahen Seite in der Papieroberfläche, und tritt auch in den Kompensations-Schleifenbereich S502 ein. Dadurch werden im Gegenuhrzeigersinn induzierte elektromotorische Kräfte erzeugt für sowohl den geschlossenen Schleifenbereich S402 als auch den Kompensations-Schleifenbereich S502, um dem Magnetfeld entgegenzuwirken. Die Drähte N406 und N408, die den geschlossenen Schleifenbereich S402 und den Kompensations-Schleifenbereich S502 bilden, schneiden sich einmal zwischen dem geschlossenen Schleifenbereich S402 und dem Kompensations-Schleifenbereich S502. Die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Kompensations-Schleifenbereich S502 hervorgerufen wird, liegt dementsprechend in einer Richtung verschieden von derjenigen der induzierten elektromotorischen Kraft, die in dem Kompensations-Schleifenbereich S502 hervorgerufen wird, und löscht diese aus.
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Die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 sind wünschenswerter Weise angeordnet in Richtung der Richtungen, die die gleichen sind wie diejenigen der geschlossenen Schleifenbereiche S401 und S402, für die die Kompensationsziel-induzierten elektromotorischen Kräfte erzeugt werden. Die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 werden wünschenswerter Weise in der Nähe von Eckteilen der magnetischen Konvergenzplatten 200 angeordnet. Magnetfelder mit höheren Intensitäten als Magnetfelder, die in den geschlossenen Schleifenbereichen S401 und S402 eintreten, treten dadurch in die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 ein, und induzierte elektromotorische Kräfte, die in den Schleifenbereichen S401 und S402 hervorgerufen werden, löschen sich mit kleinen Schleifen aus. Falls Magnetfelder in Richtungen verschieden von den Richtungen von Magnetfeldern, die in die Schleifenbereiche S401 und S402 eintreten, in die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 eintreten, kann die Häufigkeit von Kreuzungen von Drähten auf Null oder Zwei eingestellt werden.
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Die Magnetsensorausgabe VO in einem Fall, in dem induzierte elektromotorische Kräfte, die in den geschlossenen Schleifenbereichen S401 und S402 hervorgerufen werden, durch die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 kompensiert werden, wird abgeleitet. Unter der Annahme, dass induzierte elektromotorische Kräfte, die in den Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 erzeugt werden, Vind1c und Vind2c sind: Ausgangssignal V1 des Hall-Elements 201 = Vh1 – Vind1 + Vind1c Ausgangssignal V2 des Hall-Elements 202 = –Vh2 + Vind2 – Vind2c3
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Falls ein transversales Magnetfeld zu erfassen ist, berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 303 dementsprechend die Differenz in jeweiligen Ausgangssignalen V1 und V2 des einen Paars von Hall-Elementen 201 und 202; die Magnetsensorausgabe VO ist dadurch gegeben durch Gleichung (4). VO = V1 – V2 = (Vh1 + Vh2) – (Vind1 – Vind1c) – (Vind2 – Vind2c) (4)
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Wie in Gleichung (4) gezeigt werden kann, werden induzierte elektromotorische Kräfte, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 und S402 hervorgerufen werden, in der Magnetsensorausgabe VO ausgelöscht durch induzierte elektromotorische Kräfte, die in den Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 hervorgerufen werden, und die Antwort-Charakteristiken des Magnetsensors 10 können kompensiert werden.
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Weiterhin wird ein Fall betrachtet, in dem vertikale Magnetfelder auf einem transversalen Magnetfeld überlagert werden. Unter der Annahme, dass induzierte elektromotorische Kräfte, die in den Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 aufgrund von vertikalen Magnetfeldern hervorgerufen werden, Vind1vc und Vind2vc sind: Ausgangssignal V1 des Hall-Elements 201 = (Vh1 – Vind1 + Vind1c) + (Vh1v – Vind1v + Vind1vc) Ausgangssignal V2 des Hall-Elements 202 = (–Vh2 + Vind2 – Vind2c) + (Vh2v – Vind2v + Vind2vc)
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Dementsprechend wird eine Magnetsensorausgabe VO gegeben durch Gleichung (5). VO = (Vh1 + Vh2) – (Vind1 – Vind1c) – (Vind2 – Vind2c) + (Vh1v – Vh2v) – (Vind1v – Vind1vc) – (Vind2v – Vind2vc) (5)
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Falls das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 geometrisch symmetrisch angeordnet ist, sind auch das eine Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und die peripheren Drähte symmetrisch angeordnet, und induzierte elektromotorische Kräfte, die in den geschlossenen Schleifenbereichen S401 und S402 hervorgerufen werden, werden vollständig ausgelöscht durch die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502, weil Vind1 = Vind1c, Vind2 = Vind2c, Vind1v = Vind1vc und Vind2v = Vind2vc, die Magnetsensorausgabe VO modifiziert werden, wie durch Gleichung (6) ausgedrückt. VO = 2Vh (6)
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Es kann aus Gleichung (6) erkannt werden, dass nur ein transversales Magnetfeld erfasst werden kann und die Antwort-Charakteristiken des Magnetfeldsensors 10 können kompensiert werden, sogar falls vertikale Magnetfelder dem transversalen Magnetfeld überlagert sind. Es kann auch erkannt werden, dass, sogar falls ein nicht gleichförmiges vertikales Magnetfeld an den Hall-Elementen 201 und 202 angelegt wird aufgrund eines Ausrichtungsfehlers des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 200, des einen Paars von Hall-Elementen 201 und 202 und den peripheren Drähten während der Herstellung, kann eine Verschlechterung der Antwort-Charakteristiken des Magnetsensors 10 gehemmt werden.
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Anstelle der Kreuzungsdrähte N402 und N404, die einander oberhalb oder unterhalb passieren, oder zusätzlich zu diesem Merkmal, kann zum Beispiel wenigstens einer der Drähte N402 und N401 ausgestattet ? werden mit einem Kompensationsverdrahtungsabschnitt, wie zum Beispiel einer Wicklung, um eine induzierte elektromotorische Kraft in einer umgekehrten Richtung zu einer elektromotorischen Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S402 aufgrund eines daran angelegten Magnetfelds verursacht wird, zu erzeugen.
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6 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen dem Paar von Hall-Elementen 201 und 202, dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und dem einen Paar von Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 in einem Magnetsensor 11 gemäß einer Variante. 6 zeigt eine Draufsicht der Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und der Signalverarbeitungsschaltung 303, dem in 3 gezeigten Signalverarbeitungssystem zusammen mit dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und dem einen Paar von Konvergenzplatten 200 in dem Magnetsensor gemäß der in 2A gezeigten Ausführungsform enthalten sind. In dem Magnetsensor 11 gemäß der Variante sind die Hall-Elemente 201 und 202 insgesamt direkt unter den Magnet-Konvergenzplatten 200 angeordnet. Ansonsten ist es ähnlich zu dem oben genannten Magnetsensor 10. Die Kompensations- Schleifenbereiche S501 und S502 sind wünschenswerter Weise so angeordnet, dass die Richtungen von Magnetfeldern, die in sie eintreten, die gleichen werden wie die Richtungen von Magnetfeldern, die die geschlossenen Schleifenbereiche S401 und S402 eintreten, für die Kompensationsziel induzierte elektromotorische Kräfte erzeugt werden.
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Wenn jede Komponente erwärmt wird durch Wärme, die von der Außenseite des Magnetsensors 11 eintritt, insbesondere eine große thermische Belastung in großer Nähe eines Endteils der magnetischen Konvergenzplatten 200 erzeugt wird aufgrund der Differenz von Wärmeausdehnungskoeffizienten der magnetischen Konvergenzplatten 200 und dem Substrat 205. Im Hinblick auf darauf sind die Hall-Elemente 201 und 202 in dem Magnetsensor 11 gemäß dieser Variante in der Nähe von Endteilen der magnetischen Konvergenzplatten 200 angeordnet, die getrennt von der großen Nähe der Endteile der magnetischen Konvergenzplatten 200 getrennt sind, wo eine große thermische Belastung erzeugt wird, jedoch können Magnetfelder eintreten, die in vertikale Magnetfelder mit hoher Intensität umgewandelt werden.
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7 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202, dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und dem einen Paar von Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 in einem Magnetsensor 12 gemäß einer zweiten Variante. 7 zeigt eine Draufsicht der Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und der Signalverarbeitungsschaltung 303, die in dem in 3 gezeigten Signalverarbeitungssystem zusammen mit dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202 und dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 in dem Magnetsensor 10 gemäß der in 2A gezeigten Ausführungsform enthalten sind. In dem Magnetsensor 12 gemäß der zweiten Variante werden die Hall-Elemente 201 und 202 vollständig weggehalten von direkt unterhalb der magnetischen Konvergenzplatten 200 und zwischen dem einen Paar von Magnetkonvergenzplatten 200 in einer Draufsicht angeordnet. Ansonsten ist sie ähnlich zu dem Magnetsensor 11 gemäß der ersten Variante. Die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 sind wünschenswerter Weise so angeordnet, dass die Richtungen eines in sie eintretenden Magnetfelds die gleichen Richtungen von Magnetfeldern, die die geschlossenen Schleifenbereiche S401 und S402 eintreten, für die Kompensationsziel-induzierte elektromotorische Kräfte erzeugt werden.
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8 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen zwei Paaren von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804, dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und zwei Paaren von Kompensations-Schleifenbereichen S811, S812, S813 und S814 in einem Magnetsensor 13 gemäß einer dritten Variante. Der Magnetsensor 13 enthält ein Substrat (nicht gezeigt), das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200, die zwei Paare von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804, und zwei Paare von Signalverarbeitungsschaltungen und Hall-Element-Antriebsschaltungen 805 und 806.
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Das Substrat (nicht gezeigt) ist zum Beispiel ein Siliziumsubstrat und ist eingerichtet ähnlich zu dem voran genannten Substrat 205.
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Das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 weist gleichschenkelige Formen auf und sind auf einer Seite und der anderen Seite des Substrats (eine darin enthaltene Schutzschicht) in der Links/Rechts-Richtung in der Abbildung angeordnet, wobei ihre jeweiligen oberen Seiten einander gegenüberstehen.
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Die zwei Paare von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804 sind auf dem Substrat ausgebildet, ihre Oberflächen sind jedoch durch eine Verdrahtungsschicht abgedeckt. In den Hall-Elementen 801 und 803 und den Hall-Elementen 802 und 804 sind die Stromversorgungs-Anschlüsse A und C und die Ausgangsanschlüsse B und D symmetrisch bereitgestellt. Die Hall-Elemente 801 und 802 sind auf den Ober- und Unterseiten jeweils angeordnet, in der Abbildung an einem Ende der magnetischen Konvergenzplatte 200 auf der linken Seite in der Abbildung, das heißt in der Nähe einer oberen Seite des gleichschenkeligen Trapezes. Die Hall-Elementen 802 und 804 sind auf den Ober- und Unterseiten jeweils angeordnet in der Figur an einem Endteil der magnetischen Konvergenzplatte 200 auf der rechten Seite in der Abbildung, das heißt in der Nähe der oberen Seite des gleichschenkeligen Trapezes. Die Hälfte der Hall-Elemente 801 und 803, die die Anschlüsse C und D enthalten, sind durch die magnetische Konvergenzplatte 200 auf der linken Seite in der Figur abgedeckt und die Hälfte der Hall-Elemente 802 und 804, die die Anschlüsse C und D enthalten, sind durch die magnetische Konvergenzplatte 200 auf der rechten Seite in der Abbildung abgedeckt.
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Aufgrund dieser Anordnung der zwei Paare von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804 relativ zu dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 und dieser Form des einen Paars der magnetischen Konvergenzplatten 200, treten die magnetischen Flüsse eines parallel zu dem Substrat orientierten transversalen Magnetfelds in das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200 von ihren Basen ein, werden durch die spitz zulaufenden Formen der gleichschenkeligen Trapeze kondensiert, um hinsichtlich ihrer magnetischen Flussdichte vergrößert zu werden, und treten von den oberen Seiten der magnetischen Konvergenzplatten 200 aus; dadurch wird das transversale Magnetfeld in hoch intensive vertikale Magnetfelder umgewandelt, die von den Hall-Elementen 801, 802, 803 bzw. 804 direkt unter den oberen Seiten erfasst werden.
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Die zwei Paare von Signalverarbeitungsschaltungen und Hall-Element-Antriebsschaltungen 805 und 806: sind mit den Stromversorgungs-Anschlüssen A und C der Hall-Elemente 801, 802, 803 und 804 über Drähte verbunden, um Signale zum Antreiben der Hall-Elemente an die jeweiligen zu senden; und sind mit den Ausgangsanschlüssen B und D der Hall-Elemente 801, 802, 803 und 804 über Drähte verbunden, um elektromotorische Hall-Kräfte (Ausgangssignale darin enthalten) zu empfangen, die von den jeweiligen ausgegeben werden und führen Operationen durch, wie zum Beispiel Addition oder Subtraktion, um die Resultate auszugeben.
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Die Signalverarbeitungsschaltung und die Hall-Element-Antriebsschaltung 805 sind jeweils verbunden: mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 801 durch Drähte N801 bzw. N803; mit dem Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 801 durch Drähte N802 bzw. N804; mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 802 durch Drähte N805 bzw. N807; und mit dem Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 802 durch Drähte N806 bzw. N808. Die Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 806 sind jeweils verbunden: mit dem Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 803 durch Drähte N809 bzw. N811; mit den Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 803 durch Drähte N810 bzw. N812; mit Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 804 durch Drähte N813 bzw. N814; und mit Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 804 durch Drähte N815 bzw. N816.
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Die Drähte N802 und N804 (N806 und N808) bilden einen geschlossenen Schleifenbereich S801 (802), der das Hall-Element 801 (802) zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 805 enthält. Zusätzlich schneiden sie sich, zwischen dem Hall-Element 801 (802) und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 805 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, wobei sie getrennt voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats sind, und bilden den Kompensationsschleifenbereich S811 (S812) zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 805, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensationsschleifenbereich S811 (S812) darin einen Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Bereich, der von dem Kompensationsschleifenbereich S811 (S812) eingenommen wird, wird von der magnetischen Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht gesehen in der Tiefenrichtung des Substrats abgedeckt. Ähnlich bilden die Drähte N810 und N812 (N814 und N816) einen geschlossenen Schleifenbereich S803 (S804), der das Hall-Element 803 (804) zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 806 enthält. Zusätzlich kreuzen sie sich zwischen dem Hall-Element 803 (804) und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 806 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, wobei sie voneinander getrennt in der Tiefenrichtung des Substrats sind, und bildet den Kompensationsschleifenbereich S813 (S814) zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung 806, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensationsschleifenbereich S813 (S814) darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von dem Kompensationsschleifenbereich S813 (S814) eingenommen wird, wird von der magnetischen Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht betrachtet in der Tiefenrichtung des Substrats abgedeckt.
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9 zeigt eine Konfiguration eines Signalverarbeitungssystems in einem Fall, in dem die Hall-Elemente veranlasst werden, einen drehenden Strombetrieb in dem Magnetsensor 13 gemäß der dritten Variante auszuführen. Das Signalverarbeitungssystem enthält eine Gruppe von Hall-Elementen 901, eine Schaltschaltung 902, eine Choppertakt-Erzeugungsschaltung 904, die Hall-Element-Antriebsschaltung 905, die Signalverarbeitungsschaltung 303 und den Verstärker oder Komparator 304. Die Hall-Element-Antriebsschaltung 305, die Signalverarbeitungsschaltung 303 und der Verstärker oder Komparator 304 sind eingerichtet und arbeiten ähnlich zu dem Obigen.
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Die Gruppe von Hall-Elementen 901 enthält die Hall-Hall-Elemente 801, 802, 803 und 804. Die Hall-Elemente 801, 802, 803 und 804 sind mit der Schaltschaltung 902 verbunden durch jeweilige Drähte N801 bis N804, N805 bis N808, N809 bis N812 und N813 bis N816.
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Die Choppertakt-Erzeugungsschaltung 904 erzeugt einen Choppertakt, um ihn in die Schaltschaltung 902, die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und die Signalverarbeitungsschaltung 303 einzugeben.
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Die Schaltschaltung 902 arbeitet gemäß dem von der Choppertakt-Erzeugungsschaltung 904 eingegebenen Choppertakts, um eine Verbindung der Stromversorgungsanschlüsse A und C in den Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804 zu der Hall-Element-Antriebsschaltung 805 umzuschalten und zusätzlich eine Verbindung der Ausgangsanschlüsse B und D zu der Signalverarbeitungsschaltung 303 umzuschalten; dadurch führt sie einen sogenannten drehenden Strombetrieb aus.
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Ein drehender Strombetrieb ist ein geeignetes Verfahren zum Herausnehmen von nur Signalen von elektromotorischen Hall-Kräften durch Entfernen von elementspezifischen Offset-Komponenten, die in von Hall-Elementen ausgegebenen Ausgangssignalen enthalten sind. In einem drehenden Strombetrieb kehren die Schaltschaltung 902 die Richtung von Strömungen um, die an die Hall-Elemente 801, 802, 803 bzw. 804 geliefert werden, um Ausgangssignale zu erfassen. Die Polarität eines Signals einer elektromotorischen Hall-Kraft relativ zu einer Offset-Komponente wird dadurch in einem Ausgangssignal umgekehrt. Durch Berechnen der Differenz von jeweiligen Ausgangssignalen vor und nach einem Umkehren der Stromrichtungen kann nur ein Signal einer elektromotorischen Hall-Kraft ausgenommen werden.
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10 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen den zwei Paaren von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804, dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatte 200 und den zwei Paaren von Kompensationsschleifenbereichen S1011, S1012, S1013, S1014 in deinem Magnetsensor 14 gemäß einer vierten Variante. Der Magnetsensor 14 enthält ein Substrat (nicht gezeigt), das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 200, die zwei Paare von Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804, das Signalverarbeitungssystem in 9; dadurch ist es eingerichtet, in der Lage zu sein, einen drehenden Strombetrieb durchzuführen. Man beachte, dass in 10 nur die Schaltschaltung 902, die in dem Signalverarbeitungssystem in 9 enthalten ist, gezeigt ist. Weil in einem drehenden Strombetrieb die Stromversorgungsanschlüsse A und C jedes Hall-Elements auch als Ausgangsanschlüsse fungieren, müssen nicht nur induzierte elektromotorische Kräfte, die in einem geschlossenen Schleifenbereich hervorgerufen werden, der durch mit den Anschlüssen B und D verbundenen Drähte gebildet wird, sondern auch induzierte elektromotorische Kräfte, die in einem geschlossenen Schleifenbereich hervorgerufen werden, die durch mit den Anschlüssen A und C verbundenen Drähte hervorgerufen werden, kompensiert werden. In dem Magnetsensor 14 gemäß der vorliegenden Variante werden dementsprechend Kompensationsschleifenbereiche S1011, S1012, S1013 und S1014 weiterhin gebildet in Drähten S801, S803, S805, N807, N809, N811, N813 bzw. N815, die mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C der Hall-Elementen 801, 802, 803 und 804 in dem Magnetsensor 13 gemäß der dritten Variante verbunden sind.
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Die Signalverarbeitungsschaltung 303 ist hier über die Schaltschaltung 902 jeweils verbunden: mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 801 durch Drähte N801 bzw. N803 (mit den Stromversorgungsanschlüssen B und D des Hall-Elements 801 durch die Drähte N802 bzw. N804); und mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 802 durch die Drähte N805 bzw. N807) mit den Stromversorgungsanschlüssen B und D des Hall-Elements 802 durch die Drähte N806 bzw. N808). Die Signalverarbeitungsschaltung 303 ist auch über die Schaltschaltung 902 jeweils verbunden: mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 803 durch die Drähte N809 bzw. N811 (mit den Stromversorgungsanschlüssen B und D des Hall-Elements 803 durch die Drähte N810 bzw. N812); und mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 804 durch die Drähte N813 bzw. N815) mit den Stromversorgungsanschlüssen B und D des Hall-Elements 804 durch die Drähte N814 bzw. N816).
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Die Drähte N801 und N803 bzw. N805 und N806) bilden einen geschlossenen Schleifenbereich S1001 (S1002), der das Hall-Element 801 (802) zwischen diesem und der Schaltschaltung (902) (d.h. die Signalverarbeitungsschaltung 303) enthält. Zusätzlich schneiden sie sich zwischen dem Hall-Element 801 (802) und der Schaltschaltung 902 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, während sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats getrennt sind, und bildet den Kompensationsschleifenbereich S1011 (S1012) zwischen der Kreuzung und der Schaltschaltung 902, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensationsschleifenbereich S1011 (S1012) darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der durch den Kompensationsschleifenbereich S1011 (S1012) eingenommen wird, wird von der magnetischen Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht wie gesehen in der Tiefenrichtung des Substrats abgedeckt. Der Kompensationsschleifenbereich S1011 (S1012) überlappt auch mit dem Kompensationsschleifenbereich S811 (S812) in einer Draufsicht in der Tiefenrichtung des Substrats. Die Drähte N809 und N811 (N813 und N815) bilden ähnlich einen geschlossenen Schleifenbereich S1003 (S1004), der das Hall-Element 803 (804) zwischen diesen und der Schaltschaltung 902 (d.h. der Signalverarbeitungsschaltung 303) enthält. Zusätzlich schneiden sie sich zwischen dem Hall-Element 803 (804) und der Schaltschaltung 902 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, während sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats getrennt sind, und bildet den Kompensationsschleifenbereich S1013 (S1014) zwischen der Kreuzung und der Schaltschaltung 902, insbesondere in der Nähe eines Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 200, wobei der Kompensationsschleifenbereich S1013 (S1014) darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von dem Kompensationsschleifenbereich S1013 (S1014) eingenommen wird, wird von der magnetischen Konvergenzplatte 200 in einer Draufsicht wie gesehen in der Tiefenrichtung des Substrats abgedeckt. Der Kompensationsschleifenbereich S1013 (S1014) überlappt den Kompensationsschleifenbereich S813 (S814) in einer Draufsicht in der Tiefenrichtung des Substrats.
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Falls Ausgangssignale von Hall-Elementen von Anschlüssen A und C empfangen werden nach Umschalten zwischen den Stromversorgungsanschlüssen A und C und den Ausgangsanschlüssen B und D der Hall-Elemente 801, 802, 803 und 804 aufgrund eines drehenden Strombetriebs, können die Antwort-Charakteristiken des Magnetsensors 14 immer kompensiert werden durch Auslöschen von induzierten elektromotorischen Kräften, die in geschlossenen Kompensationsschleifenbereichen S1001, S1002, S1003 und 1004 hervorgerufen werden durch induzierte elektromotorische Kräfte, die in den Kompensationsschleifenbereichen S1011, S1012, S1013 und S1014 hervorgerufen werden.
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Obwohl in der Magnetsensor 14 ? gemäß der vorliegenden Variante Kompensationsschleifenbereiche für einen drehenden Strombetrieb als ein Beispiel gezeigt werden, kann dies ähnlich auf andere Ausführungsformen und Varianten angewandt werden. Weil die vorliegende Variante ein Auslöschen von Induktanzkomponenten erlaubt, kann eine Stromversorgungsspannung zur Zeit eines Umschaltens zwischen Versorgungsanschlüssen A und C und Ausgangsanschlüssen B und D schnell stabilisiert werden und dies führt zu einer schnellen Stabilisierung einer Ausgangsspannung. Weiterhin erlaubt die vorliegende Variante eine Auslöschung von Induktanzkomponenten, die durch Drähte der Stromversorgungsanschlüsse A und C gebildet werden, und erlaubt eine Reduktion von Gleichtaktrauschen in Sensorausgaben.
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11 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202, einem Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1100 und dem einen Paar von Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 in einem Magnetsensor 15 gemäß einer fünften Variante. Der Magnetsensor 15 wird erhalten durch Ändern der Formen des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 1100 in ein Quadrat in dem Magnetsensor 10 gemäß der in 5A gezeigten Ausführungsform. Die Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 sind wünschenswerter Weise so angeordnet, dass die Richtungen von Magnetfeldern, die in sie eintreten, die gleichen werden wie die Richtungen von Magnetfeldern, die die geschlossenen Schleifenbereiche S401 und S402 eintreten, für welche Kompensationsziel elektromotorische Kräfte erzeugt werden. ? Obwohl in der vorliegenden Variante die Form der magnetischen Konvergenzplatte 200 ein Quadrat ist, kann sie auch zum Beispiel irgendeine Form sein wie ein Rechteck, Achteck, Kreis oder dergleichen.
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12 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen dem einen Paar von Hall-Elementen 201 und 202, einer Magnet-Konvergenzplatte 1200 und dem einen Paar von Kompensations-Schleifenbereichen S501 und S502 in einem Magnetsensor 16 gemäß einer sechsten Variante. Der Magnetsensor 16 wird erhalten unter Verwendung, in dem Magnetsensor 15 gemäß der in 11 gezeigten fünften Variante, der einen magnetischen Konvergenzplatte 1200 anstelle des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 200 und anderer ?: der Hall-Elemente 201 und 202 in der Nähe eines Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1200 (ein Endteil auf der linken Seite in der Abbildung) und der Nähe des anderen Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1200 (ein Endteil auf der rechten Seite in der Abbildung) jeweils; und die Kompensations-Schleifenbereiche S501 und S502 in der Nähe eines Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1200 (ein oberes linkes Eckteil in der Abbildung) und der Nähe eines anderen Eckteils der magnetischen Konvergenzplatte 1200 (ein oberer rechter Eckteil in der Abbildung) jeweils. Dieser Magnetsensor 16 erlaubt es, ein .. förmiges? Magnetfeld oder ein ovales Magnetfeld zu erfassen.
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Mit dieser Anordnung der Hall-Elemente 201 und 202 relativ zu der magnetischen Konvergenzplatte 1200 tritt zum Beispiel ein Magnetfeld in das Hall-Element 201 von der weiten Seite in Richtung der nahen Seite auf der Papieroberfläche ein, und ein Magnetfeld tritt in das Hall-Element 201 von der nahen Seite in Richtung der fernen Seite auf der Papieroberfläche ein. Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Uhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 induziert wird, der durch die Drähte N402 und N404 gebildet wird, die das Hall-Element 201 enthält, eine induzierte elektromotorische Kraft auch im Uhrzeigersinn in dem Kompensations-Schleifenbereich S501 hervorgerufen wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S401 hervorgerufen wird, durch den Kompensationsschleifenbereich S501 kompensiert werden. Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Gegenuhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S402, der durch die Drähte N406 und N408 gebildet wird, erzeugt wird, der das Hall-Element 202 enthält, eine induzierte elektromotorische Kraft auch in dem Kompensations-Schleifenbereich S502 im Gegenuhrzeigersinn hervorgerufen wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S402 hervorgerufen wird, durch den Kompensations-Schleifenbereich S502 kompensiert werden.
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13 zeigt einen Positionszusammenhang zwischen zwei Paaren von Hall-Elementen 1301, 1302, 1303 und 1034, ein Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 und zwei Paaren von Kompensationsschleifenbereichen S1311, S1312, S1313 und S1314 in einem Magnetsensor 17 gemäß einer siebten Variante. Der Magnetsensor 17 enthält ein Substrat (nicht gezeigt), das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300, die zwei Paare von Hall-Elementen 1301, 1302, 1303 und 1304, die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 und die Signalverarbeitungsschaltung 303. Der Magnetsensor 17 wird erhalten unter Verwendung, in dem Magnetsensor 13 gemäß der in 8 gezeigten dritten Variante, des einen Paars von rechteckigen Magnet-Konvergenzplatten 1300 anstelle des einen Paars von magnetischen Konvergenzplatten 200, und ähnlich zu dem Magnetsensor 16 gemäß der in 12 gezeigten sechsten Variante, Anordnen: die Hall-Elemente 1301, 1302, 1303 und 1304 in der Nähe eines Endteils jedes unter dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 (Endteilen auf der linken Seite in der Abbildung) und der Nähe des anderen Endteils jedes unter dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 (Endteile auf der rechten Seite in der Abbildung); und Kompensationsschleifenbereichen S1311, S1312, S1313 und S1314 in der Nähe eines Endteils jedes unter dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 (oberer linker Eckteil in der Abbildung) und der Nähe eines anderen Eckteils jedes unter dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 (obere rechte Eckteile in der Abbildung). Mit anderen Worten ist der Magnetsensor 17 äquivalent zu demjenigen, der erhalten wird durch Bereitstellen von zwei Sätzen des einen Paars von Hall-Elementen, der einen magnetischen Konvergenzplatte und des einen Teils von Kompensationsschleifenbereichen in dem Magnetsensor 17 gemäß der siebten Variante, die in 12 gezeigt ist. Dieser Magnetsensor 17 erlaubt es, ein kreisförmiges (zirkuläres) Magnetfeld oder ein ovales Magnetfeld zu erfassen.
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Das eine Paar von magnetischen Konvergenzplatten 1300 ist quadratisch und angeordnet auf einer Seite und der anderen Seite auf dem Substrat (einer darin enthaltenen Schutzschicht) in der Links/Rechts-Richtung in der Abbildung, wobei eine Seite von jedem die andere Seite des anderen gegenübersteht.
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Die zwei Paare von Hall-Elementen 1301, 1302, 1303 und 1304 werden auf dem Substrat ausgebildet, ihre Oberflächen sind jedoch durch eine Verdrahtungsschicht abgedeckt. Zwischen den Hall-Elementen 1301 und 1304 und zwischen den Hall-Elementen 1302 und 1303 werden die Stromversorgungsanschlüsse A und C und die Ausgangsanschlüsse B und D symmetrisch bereitgestellt. Die Hall-Elementen 1301 und 1303 sind in einem linken Endteil bzw. in einem rechten Endteil der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der linken Seite in der Figur angeordnet. Die Hall-Elementen 1303 und 1304 sind in einem linken Endteil bzw. einem rechten Endteil der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der rechten Seite in der Abbildung angeordnet. Die Hälfte der Hall-Elemente 1301 und 1303, die die Anschlüsse A und B enthalten, werden dadurch durch die magnetische Konvergenzplatte 1300 auf der linken Seite in der Figur abgedeckt und die Hälfte der Hall-Elemente 1303 und 1304, die die Anschlüsse A und B enthalten, werden durch die magnetische Konvergenzplatte 1300 auf der rechten Seite in der Abbildung abgedeckt.
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Die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 verbindet die Stromversorgungsanschlüsse A und C der Hall-Elemente 1301, 1302, 1303 und 1304 über Drähte, um Signale zum Antreiben der Hall-Elemente an jeweilige zu senden. Die Hall-Element-Antriebsschaltung 305 ist jeweils verbunden: mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 1301 durch Drähte N1301 bzw. N1303; mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C der Hall-Elemente 1302 durch Drähte 1305 bzw. N1307; mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 1303 durch Drähte N1309 bzw. N1311; und mit den Stromversorgungsanschlüssen A und C des Hall-Elements 1304 durch Drähte N1313 bzw. N1315.
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Die Signalverarbeitungsschaltung 303 verbindet die Ausgangsanschlüsse B und D der Hall-Elemente 1301, 1302, 1303 und 1304 über Drähte mit jeweiligen elektromotorischen Hall-Kräften (Ausgangssignale, die sie enthalten), die von den jeweiligen ausgegeben werden und führt Operationen durch, wie zum Beispiel Addition oder Subtraktion, und gibt die Ergebnisse aus. Die Signalverarbeitungsschaltung 303 ist jeweils verbunden: mit den Ausgangsanschlüssen B und d des Hall-Elements 1301 durch Drähte N1302 bzw. N1304; mit Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 1302 durch Drähte N1306 bzw. N1308; mit Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 1303 durch Drähte N1310 bzw. N1312, und mit Ausgangsanschlüssen B und D des Hall-Elements 1304 durch Drähte 1314 bzw. N1316.
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Die Drähte 1302 und N1304 (N1306 und N1308) bilden einen geschlossenen Schleifenbereich S1301 (S1302), die das Hall-Element 1301 (1302) zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung 303 enthalten. Zusätzlich kreuzen sie sich zwischen dem Hall-Element 1301 (1302) und der Signalverarbeitungsschaltung 303 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, wobei sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats getrennt sind, und bildet den Kompensationsschleifenbereich S1311 (1312) zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung 303, insbesondere in der Nähe eines linken Eckteils (rechter Eckteil) der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der linken Seite in der Abbildung, wobei der Kompensationsschleifenbereich S1311 (S1312) darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der durch den Kompensationsschleifenbereich S1311 (1312) eingenommen wird, wird durch die magnetische Konvergenzplatte 1300 in einer Draufsicht wie in der Tiefenrichtung des Substrats gesehen abgedeckt. Die Drähte N1310 und N1312 (N1314 und N1316) bilden einen geschlossenen Schleifenbereich S1303 (S1304) der das Hall-Element 1303 (1304) zwischen diesem und der Signalverarbeitungsschaltung 303 enthält. Zusätzlich kreuzen sie sich zwischen dem Hall-Element 1303 (1304) und der Signalverarbeitungsschaltung 303 einmal in einer Richtung parallel zu dem Substrat, wobei sie voneinander in der Tiefenrichtung des Substrats getrennt sind, und bildet den Kompensationsschleifenbereich S1313 (S1314) zwischen der Kreuzung und der Signalverarbeitungsschaltung 303, insbesondere in der Nähe eines linken Eckteils (rechter Eckteil) der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der rechten Seite in der Abbildung, wobei der Kompensationsschleifenbereich S1313 (S1314) darin den Eckteil in einer Draufsicht enthält. Wenigstens ein Teil eines Bereichs, der von dem Kompensationsschleifenbereich S1313 (S1314) eingenommen wird, wird durch die magnetische Konvergenzplatte 1300 in einer Draufsicht wie in der Tiefenrichtung des Substrats gesehen abgedeckt.
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Mit dieser Anordnung der zwei Paare von Hall-Elementen 1301, 1302, 1303 und 1304 relativ zu dem einen Paar von magnetischen Konvergenzplatten, beispielsweise: in der Nähe eines linken Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der linken Seite in der Figur, tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 1301 von einer weiten Seite in Richtung der nahen Seite auf der Papieroberfläche ein; in der Nähe eines rechten Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der linken Seite in der Figur tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 1302 von der nahen Seite in Richtung der fernen Seite auf der Papieroberfläche ein; in der Nähe eines linken Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der rechten Seite in der Figur, tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 1303 von der fernen Seite in Richtung der nahe Seite auf der Papieroberfläche ein; und in der Nähe eines rechten Endteils der magnetischen Konvergenzplatte 1300 auf der rechten Seite in der Figur tritt ein Magnetfeld in das Hall-Element 1304 von der nahen Seite in Richtung der fernen Seite auf der Papieroberfläche ein.
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Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Uhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S1301 erzeugt wird, der durch die Drähte N1302 und N1304 gebildet wird, der das Hall-Element 1301 enthält, eine induzierte elektromotorische Kraft im Uhrzeigersinn auch in dem Kompensationsschleifenbereich S1311 hervorgerufen wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S1301 hervorgerufen wird, durch den Kompensationsschleifenbereich S1311 kompensiert werden. Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Gegenuhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S1302, der durch die Drähte N1306 und N1308 gebildet wird, der das Hall-Element 1311 ?, erzeugt wird, eine induzierte elektromotorische Kraft im Gegenuhrzeigersinn auch in dem Kompensationsschleifenbereich S1312 hervorgerufen wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich 1302 hervorgerufen wird, durch den Kompensationsschleifenbereich S1312 kompensiert werden. Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Uhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S1303 erzeugt wird, der durch die Drähte N1310 und N1312 gebildet wird, enthaltend das Hall-Element 1303, eine induzierte elektromotorische Kraft im Uhrzeigersinn auch in dem Kompensationsschleifenbereich S1313 erzeugt wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S1303 hervorgerufen wird, durch den Kompensationsschleifenbereich S1313 kompensiert werden. Weil, während eine induzierte elektromotorische Kraft im Gegenuhrzeigersinn in dem geschlossenen Schleifenbereich S1304 erzeugt wird, der durch die Drähte N1314 und N1316 erzeugt wird, enthaltend das Hall-Element 1304, eine induzierte elektromotorische Kraft im Gegenuhrzeigersinn auch in dem Kompensationsschleifenbereich S1314 erzeugt wird, kann die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem geschlossenen Schleifenbereich S1304 erzeugt wird, durch den Kompensationsschleifenbereich S1314 kompensiert werden.
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Im Gegensatz zur vorliegenden Variante kann auch ein Anordnungsbeispiel um ein Paar von magnetischen Konvergenzplatten und zwei Paaren von Hall-Elementen, drehenden Strombetrieb, der in dem Magnetsensor 14 gemäß der vierten Variante angewandt wird, auch angewandt werden. Die Formen von magnetischen Konvergenzplatten, die Anordnung von Hall-Elementen und Kompensationsschleifenbereichen etc., die in den vorgenannten Ausführungsformen und Varianten erläutert werden, können auf beliebige Weise kombiniert werden.
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Schutzbereich der Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Der Fachmann versteht, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen zu den oben genannten Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Es ist auch offensichtlich, vom Schutzbereich der Ansprüche, dass die Ausführungsformen, zu denen solche Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügt wurden, in dem technischen Schutzbereich der Erfindung enthalten sind.
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Die Operationen, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die durch eine Vorrichtung, System, Programm und Verfahren, gezeigt in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Abbildungen, durchgeführt werden, können in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht angezeigt wird durch "vorab", "vor", oder dergleichen und solange die Ausgabe von dem vorherigen Prozess nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Sogar falls der Prozessablauf beschrieben wird unter Verwendung solcher Worte wie "erste" oder "nächste" in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Abbildungen, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
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[Erläuterung von Bezugszeichen]
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- 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17: Magnetsensor; 100, 201, 202, 801, 802, 803, 804, 1301, 1302, 1303, 1304: symmetrisches Hall-Element; 101, 102, 103, 104: Hall-Element-Anschluss; 105: magnetisch-sensitiver Teil, 200, 1100, 1200, 1300: magnetische Konvergenzplatte; 203: Schutzfilm; 204: Verdrahtungsschicht; 205: Substrat; 303: Signalverarbeitungsschaltung; 304: Operationsverstärker; 305: Hall-Element-Antriebsschaltung; N401, N402, N403, N404, N405, N405, N407, N408, N801, N802, N803, N804, N805, N806, N807, N808, N809, N810, N811, N812, N813, N814, N815, N816, N1301, N1302, N1303, N1304, N1305, N1306, N1307, N1308, N1309, N1310, N1311, N1312, N1313, N1314, N1315, N1316: Draht; 805, 806: Signalverarbeitungsschaltung und Hall-Element-Antriebsschaltung; 901: Gruppe von Hall-Elementen; 902: Schaltschaltung; 904: Choppertakt-Erzeugungsschaltung; S401, S402, S801, S802, S803, S804, S1001, S1002, S1003, S1004, S1301, S1302, S1303, S1304: geschlossener Schleifenbereich; S501, S502, S811, S812, S813, S814, S1011, S1012, S1013, S1014, S1311, S1312, S1313, S1314: Kompensationsschleifenbereich.
