JP2005274447A - Ic chip, mi sensor, electronic equipment with mi sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微弱な磁場を検知可能なMI(magneto-impedance effect、磁気インピーダンス効果型)センサに用いられるICチップ、MIセンサ、及びMIセンサを備えた電子装置に関する。 The present invention relates to an IC chip used for an MI (magneto-impedance effect) sensor capable of detecting a weak magnetic field, an MI sensor, and an electronic device including the MI sensor.
従来、磁気センサとして、ホールセンサ、フラックスゲートセンサ、磁気抵抗効果型(MR)センサ等が実用化されてきた。これらのうちフラックスゲートセンサは1μOeの高い検出感度という特長を有し、MRセンサは大きさが数十μmの感磁素子を備え、低消費電力、及び高速応答性という特長を有している。 Conventionally, Hall sensors, fluxgate sensors, magnetoresistive (MR) sensors, etc. have been put to practical use as magnetic sensors. Among these, the fluxgate sensor has a feature of high detection sensitivity of 1 μOe, and the MR sensor has a magnetosensitive element having a size of several tens of μm, and has features of low power consumption and high-speed response.
一方、磁気センサとして、磁気インピーダンス効果(MI効果)を利用した磁気インピーダンス効果型(MI)センサが提案されている。MIセンサは、感磁素子部分であるMI素子が軟磁性体よりなるアモルファスワイヤに検知コイルを巻回した構造を有する。MIセンサは、高周波あるいはパルス状の励磁電流をアモルファスワイヤに供給して表皮効果を発生させ、アモルファスワイヤの長手方向に印加されている外部磁場との作用で、アモルファスワイヤの透磁率の変化によりインピーダンスが変化し、外部磁場の大きさに対応する検知信号が検知コイルに誘導される現象を利用して外部磁場を検出するものである。 On the other hand, as a magnetic sensor, a magnetic impedance effect type (MI) sensor using a magnetic impedance effect (MI effect) has been proposed. The MI sensor has a structure in which a detection coil is wound around an amorphous wire made of a soft magnetic material. The MI sensor generates a skin effect by supplying a high-frequency or pulsed excitation current to the amorphous wire, and the impedance changes due to the change in the magnetic permeability of the amorphous wire by the action of the external magnetic field applied in the longitudinal direction of the amorphous wire. Changes, and the external magnetic field is detected using a phenomenon in which a detection signal corresponding to the magnitude of the external magnetic field is induced in the detection coil.
MIセンサは、(1)磁場検出限界が1μOeであり高感度であること、(2)短パルス電流を使用するので低消費電力であること等の特長を有している。MIセンサはこれらの特長を生かして、電子コンパス等の携帯電子装置に搭載され始めている(例えば特許文献1および2参照。)。
ところで、MI素子の検知コイルに誘導された検知信号はアナログ信号であり、そのピーク値が、外部磁場のアモルファスワイヤの長手方向成分の大きさに比例する。したがって、検知信号のピーク値を的確に検出することによりMIセンサの信号対雑音比(S/N比)を向上することができる。 By the way, the detection signal induced in the detection coil of the MI element is an analog signal, and its peak value is proportional to the magnitude of the longitudinal component of the amorphous wire of the external magnetic field. Therefore, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the MI sensor can be improved by accurately detecting the peak value of the detection signal.
しかしながら、パルス状の励磁電流の立ち上がり等に伴って誘導される検知信号は時間幅が数nsecから数10nsecと短く、さらに検知信号の波形が急峻であるので、検出する際のタイミングのずれにより検知信号のピーク値からずれた電圧値を検出してしまいS/N比の劣化を招き易い。また、励磁電流の立ち上がり時間を短くして検知信号のピーク値を増加させてS/N比を向上することが考えられるが、検知信号の電圧値の変化が大きくなり検出のタイミングが一層困難になるという問題がある。 However, the detection signal induced with the rise of the pulsed excitation current has a short time width of several nsec to several tens of nsec, and the detection signal has a steep waveform. A voltage value deviated from the peak value of the signal is detected, and the S / N ratio is likely to be deteriorated. Although it is conceivable to improve the S / N ratio by shortening the rise time of the excitation current and increasing the peak value of the detection signal, the change in the voltage value of the detection signal becomes large and the detection timing becomes more difficult. There is a problem of becoming.
さらに、複数のMI素子毎に励磁電流を供給する回路や検知信号を検出する回路を設ける必要があり、MI素子毎の回路のバラツキにより、検知信号の検出がさらに困難化するという問題がある。 Further, it is necessary to provide a circuit for supplying an excitation current to each of the plurality of MI elements and a circuit for detecting a detection signal, and there is a problem that detection of the detection signal becomes more difficult due to variations in the circuit for each MI element.
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、小型化が可能で複数のMI素子を接続可能な、良好なS/N比を有するICチップ、MIセンサ、及びMIセンサを備えた電子装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an IC chip, an MI sensor, and an S / N ratio that can be reduced in size and that can connect a plurality of MI elements, It is to provide an electronic device provided with an MI sensor.
本発明の一観点によれば、外部磁場を検知する複数のMI素子に励磁電流を供給し、該励磁電流に基づいて該複数のMI素子から外部磁場の大きさに対応する検知信号が供給されるICチップであって、パルス発生手段と、前記MI素子に励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段と、前記MI素子から供給される検知信号の略ピーク値を検出するサンプリング手段とを備え、前記電流供給用スイッチング手段およびサンプリング手段はMI素子毎に設けられ、一のMI素子に対応する、電流供給用スイッチング手段の制御入力部およびサンプリング手段の制御入力部に、前記パルス発生手段が生成したパルス信号を同時に分配する切替手段を備えることを特徴とするICチップが提供される。 According to one aspect of the present invention, an excitation current is supplied to a plurality of MI elements that detect an external magnetic field, and a detection signal corresponding to the magnitude of the external magnetic field is supplied from the plurality of MI elements based on the excitation current. An IC chip comprising: pulse generation means; current supply switching means for supplying an excitation current to the MI element; and sampling means for detecting a substantially peak value of a detection signal supplied from the MI element, The current supply switching means and the sampling means are provided for each MI element, and the pulse generation means generates the control input section of the current supply switching means and the control input section of the sampling means corresponding to one MI element. There is provided an IC chip comprising switching means for simultaneously distributing pulse signals.
本発明によれば、複数のMI素子からの外部磁場の大きさに対応する検知信号のピーク値を検出する際に、検知信号を誘導する励磁電流のタイミングを制御するパルス信号と検出のタイミングを制御するパルス信号とに、切替手段によりMI素子毎に同時に分配したパルス信号を用いる。したがって、切替手段でパルス信号の波形の変形や遅れが生じても、同一のパルス信号に基づいているので、検出の同期のずれを防止することができ、その結果、確実に検知信号のピーク値を検出できるので、良好なS/N比を有するICチップを実現することができる。 According to the present invention, when detecting the peak value of the detection signal corresponding to the magnitude of the external magnetic field from the plurality of MI elements, the pulse signal for controlling the timing of the excitation current for inducing the detection signal and the detection timing are set. For the pulse signal to be controlled, a pulse signal distributed simultaneously for each MI element by the switching means is used. Therefore, even if the waveform of the pulse signal is deformed or delayed by the switching means, it is based on the same pulse signal, so that it is possible to prevent the detection synchronization from shifting, and as a result, the peak value of the detection signal can be reliably ensured. Therefore, an IC chip having a good S / N ratio can be realized.
前記切替手段は、当該ICチップの外部より供給された切替信号に基づいてパルス信号を分配してもよい。ICチップに接続されたMPU等から切替信号を供給することにより、MI素子毎に分解された外部磁場の大きさをICチップが検出し、出力信号としてMPU等に出力することにより、外部磁場の大きさおよび方向を検出することができる。 The switching unit may distribute the pulse signal based on a switching signal supplied from the outside of the IC chip. By supplying a switching signal from an MPU or the like connected to the IC chip, the IC chip detects the magnitude of the external magnetic field decomposed for each MI element, and outputs the output signal to the MPU or the like as an output signal. The size and direction can be detected.
前記切替手段と電流供給用スイッチング手段の制御入力部との間に遅延手段を備え、前記遅延手段は、前記サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号に基づいてサンプリング手段が検知信号を検出する時と検知信号のピークとが同期するように、電流供給用スイッチング手段の制御入力部に供給するパルス信号を遅延させさせてもよい。検知信号を遅延させることにより、サンプリング手段の遮断時に検知信号のピークを容易に同期させることができる。 A delay unit is provided between the switching unit and the control input unit of the current supply switching unit, and the sampling unit detects a detection signal based on a pulse signal supplied to the control input unit of the sampling unit. The pulse signal supplied to the control input unit of the current supply switching unit may be delayed so that the detection signal and the peak of the detection signal are synchronized. By delaying the detection signal, the peak of the detection signal can be easily synchronized when the sampling means is shut off.
前記検知信号のピークは、前記励磁電流の立ち上がり時に対応して形成させてもよい。励磁電流の立ち上がり時に誘導される検知信号のピークを用いることで、サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号と容易に同期させることができる。 The peak of the detection signal may be formed corresponding to the rise of the excitation current. By using the peak of the detection signal induced when the exciting current rises, it can be easily synchronized with the pulse signal supplied to the control input unit of the sampling means.
また、前記切替手段とサンプリング手段の制御入力部との間に他の遅延手段を備え、前記他の遅延手段は、前記サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号に基づいてサンプリング手段が検知信号を検出する時と検知信号のピークとが同期するように、サンプリング手段の制御入力部に供給するパルス信号を遅延させてもよい。上述した検知信号を遅延させる代わりに、サンプリング手段に制御信号として供給するパルス信号を遅延させることにより、サンプリング手段の遮断時に検知信号のピークを容易に同期させることができる。 Further, another delay unit is provided between the switching unit and the control input unit of the sampling unit, and the other delay unit is detected by the sampling unit based on a pulse signal supplied to the control input unit of the sampling unit. The pulse signal supplied to the control input unit of the sampling means may be delayed so that the signal is detected and the peak of the detection signal is synchronized. By delaying the pulse signal supplied as a control signal to the sampling means instead of delaying the detection signal described above, the peak of the detection signal can be easily synchronized when the sampling means is shut off.
検知信号のピークは、前記励磁電流の立ち下がり時に対応して形成させてもよい。励磁電流の立ち下がり時に誘導される検知信号のピークを用いることで、サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号と容易に同期させることができる。 The peak of the detection signal may be formed corresponding to the fall of the excitation current. By using the peak of the detection signal induced when the excitation current falls, it can be easily synchronized with the pulse signal supplied to the control input unit of the sampling means.
3個の前記MI素子に接続され、前記切替信号は2ビットのパラレル信号から構成されてもよい。切替信号を2ビットのパラレル信号とすることで、3つのMI素子にシリアルにパルス信号を分配することができる。 The switching signal may be composed of a 2-bit parallel signal connected to the three MI elements. By making the switching signal a 2-bit parallel signal, the pulse signal can be serially distributed to the three MI elements.
本発明の他の観点によれば、上記いずれかのICチップと、前記ICチップに接続された複数のMI素子とを備えるMIセンサが提供され、さらに、上記のMIセンサを備える電子装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an MI sensor comprising any one of the above IC chips and a plurality of MI elements connected to the IC chip, and further an electronic device comprising the above MI sensor is provided. Is done.
本発明によれば、上記のICチップは良好なS/N比を有するので、外部磁場の大きさおよび方向の検出が正確かつ信頼性が高いMIセンサおよび電子装置を実現できる。 According to the present invention, since the above-described IC chip has a good S / N ratio, it is possible to realize an MI sensor and an electronic apparatus that are accurate and reliable in detecting the magnitude and direction of the external magnetic field.
本発明によれば、パルス発生手段から供給されたパルス信号を切替手段によりMI素子毎に分配したパルス信号を、検知信号を誘導する励磁電流のタイミングを制御するパルス信号とサンプリング手段での検出のタイミングを制御するパルス信号としているので、外部磁場の大きさに対応する検知信号のピーク値を確実に検出できる。その結果、良好なS/N比を有するICチップを実現することができる。 According to the present invention, the pulse signal supplied from the pulse generating means is distributed to each MI element by the switching means, the pulse signal for controlling the timing of the excitation current for inducing the detection signal, and the detection by the sampling means. Since the pulse signal for controlling the timing is used, the peak value of the detection signal corresponding to the magnitude of the external magnetic field can be reliably detected. As a result, an IC chip having a good S / N ratio can be realized.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係るMIセンサの斜視図である。図1を参照するに、本実施の形態のMIセンサ10は、ケース11内に配設された3つの磁気インピーダンス効果型素子(以下「MI素子」と略称する。)12X、12Y、12z(以下特に断らない限りX軸、Y軸、Z軸についての符号「12X、12Y、12z」を「12」と略称し、他の符号についても同様とする。)と、MI素子12に接続されケース11内に配設されたICチップ13等により構成されている。MI素子12は、同じ面内で互いに略垂直(X軸とY軸とする。)をなしてケース11内に配置された2つMI素子12X、12Yと、これらのMI素子12X、12Yに垂直に配置されたZ軸のMI素子12zとからなる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of an MI sensor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
MIセンサ10は、ICチップ13が励磁電流を各々のMI素子12に供給し、磁気インピーダンス効果により外部磁場のX軸、Y軸、およびZ軸成分の大きさに対応した検知信号が各軸のMI素子12の検知コイル(後述する。)に誘導され、ICチップ13がその検知信号を処理して外部磁場の各軸成分の大きさに対応した出力信号をMIセンサ10に接続されたMPU等(図示せず)に供給し、MPU等により3軸方向の磁場成分が合成され、外部磁場の方向及び大きさを検出することができる。
In the
ケース11は、セラミック、ガラス、プラスチック、シリコン等よりなり、略中心にICチップ13が収納される四角形の凹部が形成される。ケース11は、X軸およびY軸のMI素子12X、12Yが収納される長さ約4mm、幅数mm程度の凹部が形成され、さらにZ軸のMI素子が配置される凹部あるいは貫通孔が形成される。なお、Z軸のMI素子は、図1に示すように、その一部がケース11の上面から突出していてもよく、ケースの底面から突出してもよい。また、ケース11の上面の周辺部にはケース電極14が設けられ、ケース電極14はワイヤ15等によりICチップ13および後述するXYZ切替信号等の信号の送受信を行う電子基板等の端子に接続される。
The
ICチップ13は、後述する回路を有するCMOSまたはバイポーラIC等により構成される。ICチップ13の表面に、MI素子12と接続をするための励磁電流用電極16、励磁電流用グランド電極16G、及び検知信号用電極17が設けられ、また、電源電圧が供給される電源電極や、出力信号を外部のMPU等に供給するための出力用電極、接地電位のためのグランド電極等の外部との接続用電極19が設けられる。ICチップ13は、MI素子12のアモルファスワイヤ(図3において示す。)に流すパルス状の励磁電流を励磁電流用電極16及び励磁電流用ワイヤ16aを介して供給し、また、外部磁場の大きさに対応する検知信号が検知信号用電極17を介して供給され、後述する回路により外部磁場の大きさに相当する出力信号がICチップ13に接続されたMPU等に出力する。
The
MI素子12は、上述したようにケース11に長手方向を各々X軸、Y軸およびZ軸に並行に3つ配置され、外部磁場をX軸、Y軸およびZ軸の3軸方向に分解してそれらの成分の大きさを各々検出する。
As described above, the
図2は、MI素子の一例を示す斜視図である。図2を参照するに、MI素子12は、アモルファスワイヤ41と、そのアモルファスワイヤ41を巻回するように形成された検知コイル42と、アモルファスワイヤ41に接続されICチップ13から励磁電流が供給される端子43等により構成されている。MI素子12は例えばおおよそ長さ数mm、幅1mm、高さ0.3mmの形状を有する。MI素子12は、磁気インピーダンス効果により、MI素子12に印加される外部磁場について、アモルファスワイヤ41の長手方向成分の大きさを検出することが可能である。なお、外部磁場の方向を検出するためには必ずしも3つのMI素子12のアモルファスワイヤ41の長手方向が略垂直をなす必要はなく、互いに平行でなければよい。但し、効率の観点からは、3つのMI素子12のアモルファスワイヤの長手方向が垂直をなすことが好ましい。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of the MI element. Referring to FIG. 2, the
アモルファスワイヤ41は、長さ約2mm、直径数十μmの軟磁性のアモルファス磁性体から構成されている。アモルファス磁性体には、例えば、FeB、CoB,FeNiSiB、FeCoSiB、CoSiB等を用いることができ、検知コイル42に誘導される検知信号の線形性の点より、外部磁場が数Oe以下において磁歪を示さない材料、或いは線引き後に熱処理を施した材料が好ましい。なお、アモルファスワイヤ41に替えて軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体を使用することができるが、軟磁性薄膜あるいは軟磁性薄体の幅方向の反磁場がアモルファスワイヤより大きいので、アモルファスワイヤがより好ましい。また、アモルファスワイヤ41に替えて非磁性導体のワイヤを芯材として、その表面を軟磁性材料を10nmから5μmの厚さで、電着法、蒸着法、スパッタ法、CVD法等により被覆したものを用いてもよい。この場合の軟磁性材料には上述した、FeB、CoB,FeNiSiB、FeCoSiB、CoSiBの他、NiFe(パーマロイ)、FeAlSi等の軟磁性材料を用いることができる。芯剤には例えばAl、Cu等を用いることができ、アモルファスワイヤより選択の範囲が拡大する点で好ましく、さらに端子43に接続し易い芯材が選択できる点で好ましい。
The
また、アモルファスワイヤ41の長さを2mm以下、さらには1mm以下にしてもよい。磁気インピーダンス効果の原理により、アモルファスワイヤ41を短小化しても外部磁場の検出感度は悪化せず、小型化可能な点で好ましい。短小化した場合の問題点はアモルファスワイヤとAl等からなる端子43とのボンディングがより困難になることであるが、超音波併用熱圧着法により可能である。また、アモルファスワイヤ41の周回方向に巻回される検知コイル42は、例えば10t〜100tであり、小型化の観点から10t〜30tであることが好ましい。
The length of the
図3は、第1の実施の形態に係るICチップの回路図、図4は図3に示す回路の波形図である。 FIG. 3 is a circuit diagram of the IC chip according to the first embodiment, and FIG. 4 is a waveform diagram of the circuit shown in FIG.
図3および適宜図4を参照しつつ説明する。ICチップ13は、MI素子12に励磁電流を供給するための励磁電流生成部13Aと、MI素子12からの検知信号を処理し出力信号を外部のMPU等に送信する信号処理部13B等から構成される。
This will be described with reference to FIG. 3 and FIG. 4 as appropriate. The
励磁電流生成部13Aは、短パルス幅のパルス信号を発生するパルス発生回路20と、パルス信号をスイッチング回路24の制御信号およびサンプリング回路31の制御信号として、X軸、Y軸、およびZ軸用のスイッチング回路24およびサンプリング回路31これらに分配するXYZ軸切替回路21と、前記パルス信号を遅延させる遅延回路22と、パルス信号を電流増幅するバッファ回路23と、電流増幅されたパルス信号が制御入力部に供給されることにより励磁電流をMI素子12に供給するスイッチング回路24等より構成される。
The exciting current generator 13A uses a
信号処理部13Bは、X軸、Y軸、およびZ軸のMI素子12からの検知信号のピーク値を各々検出するサンプリング回路31およびホールド回路32と、検出された信号を増幅等する増幅回路33および出力回路34等から構成される。以下、具体的に各々の回路を説明する。
The signal processing unit 13B includes a sampling circuit 31 and a hold circuit 32 that respectively detect peak values of detection signals from the X-axis, Y-axis, and Z-
パルス発生回路20では、マルチバイブレータや水晶発振器を用いた発振回路等により数百kHz〜数十MHzのパルス状のクロック信号が生成され、クロック信号を分周すると共に、積分回路等により遅延させ、例えば、もとの信号と遅延させた信号の反転信号の「AND」をとって、図4Aに示す例えば1〜50nsec程度の時間幅の短いパルスを生成する。なお、本実施の形態では一例としてパルス周期を500kHzとし、パルス幅を45nsecとした。パルス発生回路20により生成されたパルス信号はXYZ軸切替回路21に送信される。
XYZ軸切替回路21は、パルス発生回路20と、各軸毎に設けられた遅延回路22およびバッファ回路30との間に設けられ、パルス発生回路20から供給されたパルス信号が、例えば図1に示すMIセンサに接続されるMPU等等の外部から供給される図4B−1およびB−2に示すXYZ軸切替信号に基づいて、X軸、Y軸、およびZ軸用の遅延回路22およびバッファ回路30に分配される。
In the
The XYZ
ここで、XYZ軸切替信号は、切替信号電極46−1、46−2に供給され、XYZ軸切替信号B−1、XYZ軸切替信号B−2の2ビットのパラレル信号からなる。図4B−1、B−2、およびCx〜Czに示すように、パルス信号は、XYZ軸切替信号B−1とXYZ軸切替信号B−2の両方が「High」の場合にX軸用の接続線Cxに分配され、XYZ軸切替信号B−1が「High」、XYZ軸切替信号B−2が「Low」の場合にY軸用の接続線Cyに分配され、XYZ軸切替信号B−1が「Low」、XYZ軸切替信号B−2が「High」の場合にZ軸用の接続線Czに分配される。なお、XYZ軸切替信号と分配先との対応関係は上述した対応関係に限定されず、XYZ軸切替信号は2ビットに限定されない。また、XYZ軸切替回路21が2つのパルス信号毎に切替えられる例を示したが、1つのパルス信号毎であってもよく、3つ以上でもよい。また、XYZ軸切替信号はICチップの内部で生成してもよい。
Here, the XYZ axis switching signal is supplied to the switching signal electrodes 46-1 and 46-2, and is composed of a 2-bit parallel signal of the XYZ axis switching signal B-1 and the XYZ axis switching signal B-2. As shown in FIGS. 4B-1, B-2, and Cx to Cz, the pulse signal is for the X axis when both the XYZ axis switching signal B-1 and the XYZ axis switching signal B-2 are “High”. When the XYZ axis switching signal B-1 is “High” and the XYZ axis switching signal B-2 is “Low”, the signal is distributed to the Y axis connecting line Cy, and the XYZ axis switching signal B− is distributed. When 1 is “Low” and the XYZ-axis switching signal B-2 is “High”, the signal is distributed to the Z-axis connection line Cz. The correspondence relationship between the XYZ axis switching signal and the distribution destination is not limited to the above-described correspondence relationship, and the XYZ axis switching signal is not limited to 2 bits. Moreover, although the example in which the XYZ
遅延回路22は、XYZ軸切替回路21とバッファ回路23との間に、X軸、Y軸、およびZ軸用の3つの回路22X、22Y、22Zが設けられ、例えば積分回路とバッファから構成され、パルス信号を所定の時間を遅延させて、後述するサンプリング回路31における検知信号と制御信号とのタイミングを合わせる。
The
バッファ回路23は、X軸、Y軸、およびZ軸用の3つの回路23X、23Y、23Zが設けられ、数個〜10数個の直列に接続されたバッファから構成される。下流のバッファになるほど、より大きな駆動電流を流すことが可能なように、例えばCMOS−FETのゲート幅とゲート長の積を次第に大きく設定してもよい。スイッチング回路24の制御入力部に一層大きな電流を流すことができ、スイッチング回路24のターンオン等を高速化できる。
The
スイッチング回路24はX軸、Y軸、およびZ軸用の3つの回路24X、24Y、24Zが設けられ、例えばMOS−FETにより構成される。スイッチング回路24では、バッファ回路23からパルス信号がスイッチング回路24の制御入力部であるゲート24−1に入力される。パルス信号によりこのMOS−FETがターンオンされると、励磁電流がソースから励磁電流用電極16を介して各軸のMI素子12に供給される。励磁電流の波形は図4Dx〜Dzに示すものとなる。すなわち、励磁電流は、X軸用のMI素子12X、Y軸用のMI素子12Y、Z軸用のMI素子12Zに、順次、すなわち時系列的に供給される。これにより各軸のMI素子12に流れた励磁電流が他の軸の検知信号に与える影響を防止する。
The switching circuit 24 is provided with three circuits 24 X , 24 Y , 24 Z for the X axis, the Y axis, and the Z axis, and is configured by, for example, a MOS-FET. In the switching circuit 24, the pulse signal is input from the
ここで励磁電流は、100mA〜500mAの範囲であることが好ましい。100mAより小さいとMI素子12の検知コイル42に十分な出力電圧が誘導されず、信号対雑音比が低下、すなわち磁場検出感度が低下してしまう。また500mAより大きいとスイッチング時に発生したノイズが検知信号等に重畳してしまい、信号対雑音比が低下してしまう。
Here, the excitation current is preferably in the range of 100 mA to 500 mA. If it is less than 100 mA, a sufficient output voltage is not induced in the
励磁電流は、スイッチング回路24から励磁電流用電極16に取り出される。励磁電流用電極16は、スイッチング回路24に近くかつMI素子12のアモルファスワイヤ41の長手方向の一端付近に設けられる。励磁電流用電極16はアモルファスワイヤ41に可能な限り近接して設けられる程よい。励磁電流は比較的大電流であるので、スイッチング回路24からアモルファスワイヤ41までの配線が長すぎると、配線がアンテナとなって電磁波が放射され、その電磁波が例えば検知信号に重畳され信号対雑音比を低下させてしまう。
The exciting current is taken out from the switching circuit 24 to the exciting current electrode 16. The exciting current electrode 16 is provided near the switching circuit 24 and near one end in the longitudinal direction of the
励磁電流用電極16に接続されたアモルファスワイヤ41にはパルス状の励磁電流が流れ、その他端に接続された励磁電流用グランド電極16Gに落とされる。
A pulsed excitation current flows through the
図4Ex〜Ezに示すように、外部磁場のアモルファスワイヤ41の長手方向成分の大きさに応じて、X軸、Y軸およびZ軸用の検知コイル42の両端にそれぞれ検知信号が誘導される。この検知信号は検知コイル42から検知信号用電極17を介してサンプリング回路31に供給される。
As shown in FIGS. 4Ex to Ez, detection signals are respectively induced at both ends of the X-axis, Y-axis, and Z-axis detection coils 42 in accordance with the magnitude of the longitudinal component of the
サンプリング回路31では、XYZ軸切替回路21において分配されたパルス信号が制御入力部SW−1に供給され、検知信号のメインピークのピーク値がサンプリングされる。具体的には、サンプリング回路31は、アナログスイッチSWX、SWY、SWZにより構成されている。すなわち、図4Ex〜Ezに示すように、検知信号に対して、図4SWX−1〜SWZ−1に示すパルス信号がアナログスイッチSWX、SWY、SWZの制御入力部SWX−1、SWY−1、SWZ−1に供給され、例えばパルス信号が「High」のとき、検知信号がアナログスイッチSWX、SWY、SWZを透過し、そのピーク値がホールド回路32で保持される(後程詳述する。)。
In the sampling circuit 31, the pulse signal distributed in the XYZ
なお、パルス信号はアナログスイッチの制御入力部SW−1を駆動するための電流量に増加させるため、XYZ軸切替回路21とアナログスイッチの制御入力部SW−1との間にバッファ30が設けられる。バッファ回路30は、上述したバッファ回路23と略同様に構成される。
Since the pulse signal is increased to an amount of current for driving the control input SW-1 of the analog switch, a buffer 30 is provided between the XYZ
ホールド回路32は、コンデンサCap等からなり、サンプリング回路31により検出された検知信号のメインピークのピーク値がホールドされる。その結果、図4Ex〜Ezに示す時系列に連なったX軸、Y軸、Z軸の検知信号のピーク値がホールドされた図4Gに示す検出信号が得られる。なお、コンデンサCapの一端は、基準電圧生成回路26により所定の基準電圧に設定される。 The hold circuit 32 includes a capacitor Cap and the like, and holds the peak value of the main peak of the detection signal detected by the sampling circuit 31. As a result, the detection signal shown in FIG. 4G in which the peak values of the X-axis, Y-axis, and Z-axis detection signals connected in time series shown in FIGS. 4Ex to Ez are held is obtained. Note that one end of the capacitor Cap is set to a predetermined reference voltage by the reference voltage generation circuit 26.
増幅回路33および出力回路34では、ホールドされた検出信号が増幅されアナログの検出信号として図4Gに示される波形と同形で電圧値等が増幅された出力信号が出力される。 In the amplifier circuit 33 and the output circuit 34, the held detection signal is amplified, and an output signal in which the voltage value and the like are amplified in the same shape as the waveform shown in FIG. 4G is output as an analog detection signal.
なお、アナログの出力信号はAD変換回路を増幅回路33の出力側に設けてデジタル信号として出力してもよく、デジタル信号はシリアルおよびパラレル信号のいずれでもよい。また、検出信号をAD変換回路に供給する場合は増幅回路33および出力回路34を省略してもよい。 The analog output signal may be output as a digital signal by providing an AD conversion circuit on the output side of the amplifier circuit 33. The digital signal may be either a serial signal or a parallel signal. In addition, when the detection signal is supplied to the AD conversion circuit, the amplifier circuit 33 and the output circuit 34 may be omitted.
次に、検知信号のサンプリングのタイミングを、X軸用の回路の信号を例として詳述する。Y軸およびZ軸用の回路の信号も同様であることはいうまでもない。 Next, the sampling timing of the detection signal will be described in detail with reference to an X-axis circuit signal as an example. It goes without saying that the signals of the Y-axis and Z-axis circuits are the same.
図5は、検知信号のサンプリングのタイミングを示す図である。図5および上述した図3を参照するに、XYZ軸切替回路21の出力側のパルス信号Cxが、遅延回路22により所定時間(ここでは約26nsec)遅延され、図5Dxに示すパルス信号となる。このパルス信号に対応してMI素子12に励磁電流が流れ、図5Exに示す検知信号が誘導され、アナログスイッチSWxに入力される。
FIG. 5 is a diagram illustrating the sampling timing of the detection signal. Referring to FIG. 5 and FIG. 3 described above, the pulse signal Cx on the output side of the XYZ
一方、パルス信号Cxがバッファを介してアナログスイッチの制御入力部SWX−1に、図5SWX−1に示すように寄生容量等による約1nsec遅延されてスイッチング回路24xの制御入力部24X−1に入力される。図5SWX−1に示す制御信号に対応してアナログスイッチの開閉が行われ、アナログスイッチは、検知信号のピークの位置(Dxの立ち上がりから十数nsec後)あるいはややピークを過ぎた位置で遮断される。その結果図5Gに示すように、ピーク値あるいはピークの近傍の波高値をサンプリングすることができる。
On the other hand, the pulse signal Cx is delayed by about 1 nsec due to the parasitic capacitance or the like as shown in FIG. 5SW X −1 through the buffer to the control input section SW X −1 of the analog switch, and the control input section 24 X − of the switching circuit 24 x. 1 is input. The analog switch is opened and closed in response to the control signal shown in FIG. 5
このように、サンプリングは、パルス信号が「High」から「Low」に立ち下がる際に同期して行われるので、厳密にタイミングを合わせる必要がある。さらに、X軸の他に、Y軸、Z軸の時間合わせが必要となる。 As described above, since sampling is performed in synchronization with the pulse signal falling from “High” to “Low”, it is necessary to strictly match the timing. Furthermore, in addition to the X axis, time alignment of the Y axis and the Z axis is necessary.
本実施の形態では、1つのXYZ軸切替回路21により分配したパルス信号を各スイッチング回路24とサンプリング回路31の制御信号としている。したがって、サンプリング回路31での検知信号と制御信号とのタイミングが合わせ易くなる。各軸間においても、バッファ回路23、スイッチング回路24を略同様に構成することにより、各軸間でタイミングが合わせ易くなる。
In the present embodiment, a pulse signal distributed by one XYZ
図6は、XYZ軸切替回路の一例を示す図である。図6を参照するに、XYZ軸切替回路21は、NAND素子48a、AND素子48b、およびバッファ素子48c等からなり、XYZ軸切替信号1および2を演算して、パルス発生回路20からのパルス信号をX軸、Y軸、およびZ軸用の回路にNAND素子48dを用いて分配する。パルス信号が流通するNAND素子48dはその構成がバッファ素子よりも複雑であるので、立ち上がり時間や立ち下がり時間等の過渡特性にNAND素子48d間のばらつきが増大し易い。本実施の形態では、このようなXYZ軸切替回路21を1つしか使用していないので、NAND素子48dを使用する数を抑制することによりNAND素子48dを流通したパルス信号の立ち上がり時間等のずれや遅延量を抑制でき、各軸の検知信号の波形の変形を抑制できる。したがって、外部磁場に対するMI素子12の各軸間の感度合わせを容易化できる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an XYZ axis switching circuit. Referring to FIG. 6, the XYZ
図7は、本発明によらない比較例のXYZ軸切替回路の回路例である。図7を参照するに、本発明によらない比較例のXYZ軸切替回路101は2つのXYZ軸切替部101−1、101−2から構成される。パルス発生回路20からのパルス信号を、XYZ軸切替回路101−1、101−2により、X軸、Y軸、Z軸用の遅延回路およびバッファ回路にパルス信号を分配する。XYZ軸切替回路101−1、101−2に図6に示した回路例を適用すると、例えばX軸用の回路に供給される信号が、スイッチング回路の制御信号とサンプリング回路の制御信号とが異なるNAND素子48dを通過することにより、過渡特性のバラツキに起因するパルス信号のタイミングのずれや波形の変形が生じ互いに異なるパルス信号となる。その結果、検知信号とサンプリング回路の制御信号としてのパルス信号のタイミング合わせが困難化する。また、各軸間の感度のずれも増大する。これらのことにより、1つのXYZ軸切替回路で構成するICチップの優位性は、タイミング合わせの容易性、各軸間の略均一な感度により明らかである。
FIG. 7 is a circuit example of an XYZ axis switching circuit of a comparative example not according to the present invention. Referring to FIG. 7, the XYZ
図8は、検知信号のサンプリングのタイミングの他の例を示す図である。上述した図5においては、励磁電流の立ち上がり時に伴って生じた検知信号のメインピークをサンプリングする例を示したが、図8では励磁電流の立ち下がり時に伴って生じた検知信号のメインピークをサンプリングする例である。なお、X軸用の信号を例として詳述する。 FIG. 8 is a diagram illustrating another example of the sampling timing of the detection signal. In FIG. 5 described above, an example is shown in which the main peak of the detection signal generated at the rise of the excitation current is sampled. However, in FIG. 8, the main peak of the detection signal generated at the fall of the excitation current is sampled. This is an example. The X-axis signal will be described in detail as an example.
図8および上述した図3を参照するに、XYZ軸切替回路21の出力側の例えばパルス幅20nsecのパルス信号Cxが、寄生容量等による約1nsecの遅延で図8Dxに示すパルス信号となる(本例では図3の遅延回路が設けられていない。)。このパルス信号に対応してMI素子12のアモルファスワイヤ41xに励磁電流が流れ、図8Exに示す検知信号が誘導され、アナログスイッチSWxに入力される。
Referring to FIG. 8 and FIG. 3 described above, for example, a pulse signal Cx having a pulse width of 20 nsec on the output side of the XYZ
一方、図3のXYZ軸切替回路21とバッファ回路30との間に新たに遅延回路を設け、その遅延回路によりパルス信号Cxが所定時間(ここでは約4nsec)遅延され、バッファ30xを介してアナログスイッチの制御入力部SWX−1に図8SWX−1に示す波形と遅延量で供給される。図8SWX−1に示す制御信号に対応してアナログスイッチSWxの開閉が行われ、アナログスイッチSWxは、検知信号のピークの位置(Dxの立ち下がりから数nsec後)あるいはややピークを過ぎた位置で遮断される。その結果、図8Gに示すように、略ピーク値をサンプリングし、ホールドすることができる。
On the other hand, a delay circuit is newly provided between the XYZ
このように図8に示す場合も、上述した図5の場合と同様に、サンプリングは、パルス信号が「High」から「Low」に立ち下がる際に同期して行われるので、厳密にタイミングを合わせる必要があり、さらに、X軸の他に、Y軸、Z軸の時間合わせが必要となる。上述したように、本実施の形態では、1つのXYZ軸切替回路21により分配したパルス信号を各軸用のスイッチング回路24とサンプリング回路31の制御信号としている。したがって、サンプリング回路31での検知信号と制御信号とのタイミングが合わせ易くなる。各軸間の回路においても、バッファ回路23、スイッチング回路24を略同様に構成することにより、各軸間の回路でタイミングが合わせ易くなる。
Thus, in the case shown in FIG. 8 as well, in the same way as in the case of FIG. 5 described above, the sampling is performed synchronously when the pulse signal falls from “High” to “Low”. Furthermore, in addition to the X axis, time alignment of the Y axis and the Z axis is required. As described above, in this embodiment, the pulse signal distributed by one XYZ
(第2の実施の形態)
図9は、本発明の第2の実施の形態に係る電子装置の一例としての携帯電話機を示す分解図である。図9を参照するに、携帯電話機50は、表示部51と、操作部52と、アンテナ53と、スピーカ54と、マイク55と、電子基板56と、電子基板56に搭載されMIセンサ58等から構成されている。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is an exploded view showing a mobile phone as an example of an electronic apparatus according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, a
MIセンサ58は、上述した第1の実施の形態の構成を有し、X軸、Y軸のMI素子が電子基板56と平行に、Z軸を電子基板に対して垂直に配置されている。MIセンサ58により、地磁気の方向に基づいて携帯電話機50の向いている方位・角度を検出することが可能である。例えば、携帯電話機50が受信し表示部51に表示された現在地付近の地図を、MIセンサにより検出した携帯電話機50の向いている方位・角度にあわせて、表示部上で地図を回転する。特に、携帯電話機50を真北に向けた場合、電子基板と真北の方角が垂直となる。このような場合であってもZ軸用のMI素子により地磁気を検出することができるので、安定して方位・角度を表示することができる。
The
上述したように、携帯電話機50は、MIセンサ58が、第1の実施の形態に係るMIセンサであることに特徴がある。MIセンサ58はS/N比が良好であるので、方位・角度の検出が正確かつ信頼性が高い。なお、携帯電話機50の通信機能を有する基本構成自体は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。
As described above, the
なお、本実施の形態の電子装置を、携帯電話機を一例として説明したが、携帯電話機に限定されるわけではない。例えば、携帯端末機、カーナビゲーション装置等に適用できる。 Note that although the electronic device of this embodiment has been described using a mobile phone as an example, it is not limited to a mobile phone. For example, the present invention can be applied to portable terminals, car navigation devices, and the like.
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible.
Claims (9)
パルス発生手段と、
前記MI素子に励磁電流を供給する電流供給用スイッチング手段と、
前記MI素子から供給される検知信号の略ピーク値を検出するサンプリング手段とを備え、
前記電流供給用スイッチング手段およびサンプリング手段はMI素子毎に設けられ、
一のMI素子に対応する電流供給用スイッチング手段の制御入力部およびサンプリング手段の制御入力部に、前記パルス発生手段が生成したパルス信号を同時に分配する切替手段を備えることを特徴とするICチップ。 An IC chip that supplies an excitation current to a plurality of MI elements that detect an external magnetic field, and that receives detection signals corresponding to the magnitude of the external magnetic field from the plurality of MI elements based on the excitation current,
Pulse generating means;
Current supply switching means for supplying an exciting current to the MI element;
Sampling means for detecting a substantially peak value of a detection signal supplied from the MI element;
The current supply switching means and sampling means are provided for each MI element,
An IC chip comprising switching means for simultaneously distributing the pulse signals generated by the pulse generating means to the control input part of the current supply switching means corresponding to one MI element and the control input part of the sampling means.
前記遅延手段は、前記サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号に基づいてサンプリング手段が検知信号を検出する時と検知信号のピークとが同期するように、電流供給用スイッチング手段の制御入力部に供給するパルス信号を遅延させることを特徴とする請求項1または2記載のICチップ。 A delay means is provided between the switching means and the control input part of the current supply switching means,
The delay means controls the control input of the current supply switching means so that the time when the sampling means detects the detection signal based on the pulse signal supplied to the control input section of the sampling means is synchronized with the peak of the detection signal. 3. The IC chip according to claim 1, wherein a pulse signal supplied to the unit is delayed.
前記他の遅延手段は、前記サンプリング手段の制御入力部に供給されるパルス信号に基づいてサンプリング手段が検知信号を検出する時と検知信号のピークとが同期するように、サンプリング手段の制御入力部に供給するパルス信号を遅延させることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載のICチップ。 Other delay means are provided between the switching means and the control input part of the sampling means,
The other delay means includes a control input section of the sampling means so that the time when the sampling means detects the detection signal based on a pulse signal supplied to the control input section of the sampling means is synchronized with the peak of the detection signal. 5. The IC chip according to claim 1, wherein a pulse signal supplied to the circuit is delayed.
前記ICチップに接続された複数のMI素子と、を備えるMIセンサ。 An IC chip according to any one of claims 1 to 7;
A MI sensor comprising a plurality of MI elements connected to the IC chip.
An electronic device comprising the MI sensor according to claim 8.
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