JP2013500469A - 磁界センサの診断動作モードを生成するための回路および方法 - Google Patents

Abstract

磁界センサは、磁界センサの中で使用される磁界検知素子のセルフテストを含めて磁界センサの回路の大部分またはすべてのセルフテストを可能にする診断回路を含む。磁界センサは、磁界センサが応答する診断磁界を発生することができる。

Description

本発明は、一般に磁界センサに関し、より詳細には、通常動作モードと診断動作モードの両方を有する磁界センサに関する。

知られているように、ホール効果素子、磁気抵抗素子、および磁気トランジスタを含むがこれらに限定されない様々なタイプの磁界検知素子が存在する。例えば平面状のホール素子、垂直のホール素子、円形のホール素子といった様々なタイプのホール効果素子が存在することも既知である。例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）素子、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子といった様々なタイプの磁気抵抗素子が存在することも既知である。

ホール効果素子は、磁界に比例した出力電圧を発生する。それと対照的に、磁気抵抗素子は磁界に比例して抵抗が変化する。ある回路では、磁気抵抗素子を通して電流を導くことができ、それによって磁界に比例した電圧出力信号が発生する。

磁界検知素子を使用する磁界センサは、電流搬送導体によって搬送される電流によって発生した磁界を検知する電流センサと、強磁性体または磁性体の接近を検知するマグネチックスイッチ（本明細書では近接検出器とも称される）と、通過する強磁性の物、例えば歯車の歯を検知する回転検出器と、磁界の磁界密度を検知する磁界センサとを含むがこれらに限定されない様々な用途に使用される。本明細書では、マグネチックスイッチが実例として使用される。しかし、本明細書で説明される回路および技法は、いかなる磁界センサにも適合する。

知られているように、いくつかの集積回路は内部ビルトイン・セルフテスト（ＢＩＳＴ：組込み型自己テスト）能力を有する。ビルトイン・セルフテストは、集積回路の内部機能のすべてまたは一部分を確認することができる機能である。いくつかのタイプの集積回路は、集積回路のダイ上に直接構築されたビルトイン・セルフテスト回路を有する。一般に、ビルトイン・セルフテストは、外部手段により、例えば集積回路の外から集積回路の専用ピンまたはポートに通信される信号によって作動される。例えば、メモリ部分を有する集積回路は、ビルトイン・セルフテスト回路を含むことができ、これは、集積回路の外から通信されるセルフテスト信号によって作動され得る。ビルトイン・セルフテスト回路は、セルフテスト信号に応答して集積回路のメモリ部分を試験することができる。

磁界センサに使用される従来型のビルトイン・セルフテスト回路は、磁界センサに使用される磁界検知素子を試験しない傾向がある。従来型のビルトイン・セルフテスト回路は、磁界センサを有する回路のすべてを試験するとは限らない傾向もある。

磁界センサに使用される磁界検知素子を試験するためのセルフテスト機能を可能にする、磁界センサのビルトイン・セルフテスト回路および技法を提供することが望ましいであろう。磁界センサ内のすべての回路のセルフテストを可能にする、磁界センサのビルトイン・セルフテスト回路および技法を提供することも望ましいであろう。外部磁界の大きさにかかわらずセルフテストを遂行することができることも望ましいであろう。

本発明は、磁界センサに使用される磁界検知素子を試験するためのセルフテストを可能にする、磁界センサのビルトイン・セルフテスト（診断）回路および技法を提供する。本発明は、磁界センサ内のすべての回路のセルフテストを可能にする、磁界センサのビルトイン・セルフテスト回路および技法を提供する。本発明は、外部磁界の大きさに関係なくセルフテストを遂行することができる、磁界センサのビルトイン・セルフテスト回路および技法も提供する。

本発明の一態様によれば、磁界センサは、少なくとも２つの磁界検知素子を含む。磁界センサは、これら少なくとも２つの磁界検知素子に結合されたスイッチング回路も含む。スイッチング回路は、磁界センサが通常動作モードにあるとき、少なくとも２つの磁界検知素子を通常モードの構成へと結合し、磁界センサが診断動作モードにあるとき、少なくとも２つの磁界検知素子を診断モードの構成へと結合するように構成される。少なくとも２つの磁界検知素子は、通常モードの構成に結合されたとき、測定される磁界に応答する測定磁界応答信号部分と、診断モードの構成に結合されたとき、診断磁界に応答する診断磁界応答信号部分とを含む磁界信号を発生するように構成される。

本発明の別の態様によれば、磁界センサのセルフテストを生成する方法は、磁界センサが通常動作モードにあるとき、少なくとも２つの磁界検知素子を通常モードの構成に結合するステップと、磁界センサが診断動作モードにあるとき、少なくとも２つの磁界検知素子を診断モードの構成に結合するステップとを含む。少なくとも２つの磁界検知素子は、通常モードの構成に結合されたとき、測定される磁界に応答する測定磁界応答信号部分と、診断モードの構成に結合されたとき、診断磁界に応答する診断磁界応答信号部分とを含む磁界信号を発生するように構成される。

本発明の前述の特徴ならびに本発明自体が、以下の、図面の詳細な説明から、より十分に理解されよう。

従来技術の磁界センサ、具体的には、チョッピングまたはスイッチングされるホール効果素子を有するマグネチックスイッチおよび関連するスイッチング回路のブロック図である。 従来技術の磁界センサの様々なポイントにおける周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 図１の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として、また、以下の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として使用され得る、ホール効果素子およびスイッチング回路を有するスイッチングされるホール素子を示すブロック図である。 図２のスイッチングされるホール素子向けのクロック信号を示すグラフである。 図２のスイッチングされるホール素子によって供給される変調オフセット成分を示すグラフである。 図２のスイッチングされるホール素子によって供給される非変調磁界信号成分を示すグラフである。 図１のセンサのホール効果素子およびスイッチング回路として、また、以下の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として使用され得る、ホール効果素子およびスイッチング回路を有するスイッチングされるホール素子を示すブロック図である。 図３のスイッチングされるホール素子向けのクロック信号を示すグラフである。 図３のスイッチングされるホール素子によって供給される非変調オフセット成分を示すグラフである。 図３のスイッチングされるホール素子によって供給される変調磁界信号成分を示すグラフである。 自動車のギアシフト機構に使用される複数の磁界センサを示す図である。 外部磁界の存在下では協働で応答する傾向を有することになる、通常モードの構成で並列に配置された２つのホール効果素子を示すブロック図である。 図５の２つのホール効果素子が、図５の外部磁界と、例えば２つのそれぞれのコイルによって２つの反対方向に発生され得る２つの診断磁界との存在下で、診断モードの構成になるように再接続された状態を示すブロック図である。 図５の２つのホール効果素子が、図５の外部磁界と、例えば２つのそれぞれのコイルによって２つの反対方向に発生され得る２つの交流診断磁界との存在下で、診断モードの構成になるように再接続された状態を示すブロック図である。 すべてが通常動作モードで動作する、磁界センサ、具体的には、図５のように並列に結合された２つのホール効果素子であって一緒にチョッピング（またはスイッチング）されるホール効果素子を有するマグネチックスイッチと、関連するスイッチング回路とのブロック図である。 図７の磁界センサの様々なポイントにおける信号の周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 すべてが第１バージョンの診断動作モードで動作する、図７の磁界センサ、具体的には、図６または図６Ａの診断モードの構成になるように再構成された２つのホール効果素子を有し、図６Ａに示されたような反対方向の診断磁界を発生するための２つのコイルを含む、マグネチックスイッチのブロック図である。 図８の磁界センサの様々なポイントにおける信号の周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 すべてが第２バージョンの診断動作モードで動作する、図７および図８の磁界センサ、具体的には、図６または図６Ａの診断モードの構成になるように再構成された２つのホール効果素子を有し、図６Ａに示されたような反対方向の診断磁界を発生するための２つのコイルを含む、マグネチックスイッチのブロック図である。 図８Ｂの磁界センサの様々なポイントにおける信号の周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 すべてが第３バージョンの診断動作モードで動作する、図７、図８、および図８Ｂの磁界センサ、具体的には、図６または図６Ａの診断モードの構成になるように再構成された２つのホール効果素子を有し、図６Ａに示されたような反対方向の診断磁界を発生するための２つのコイルを含む、マグネチックスイッチのブロック図である。 図８Ｄの磁界センサの様々なポイントにおける信号の周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 すべてが第４バージョンの診断動作モードで動作する、図７、図８、図８Ｂ、および図８Ｄの磁界センサ、具体的には、図６または図６Ａの診断モードの構成になるように再構成された２つのホール効果素子を有し、図６Ａに示されたような反対方向の診断磁界を発生するための２つのコイルを含む、マグネチックスイッチのブロック図である。 図８Ｆの磁界センサの様々なポイントにおける信号の周波数スペクトルを示す一連のグラフである。 ほとんどのタイプがページに対して垂直な最大応答軸を有する２つのホール効果素子と、ホール効果素子に近接して反対方向に診断磁界を発生するための電流を搬送する導体とを示すブロック図である。 ２つのホール効果素子と、ホール効果素子に近接して反対方向に診断磁界を発生するための電流を搬送する別の導体とを示すブロック図である。 ２つのホール効果素子と、ホール効果素子に近接して反対方向に診断磁界を発生するための電流を搬送する２つのそれぞれの導電性コイルとを示すブロック図である。 特定の方向の外部磁界に応答して協働する傾向を有することになる、通常モードの構成に直列結合された２つの磁気抵抗素子を示す概略図である。図１０Ａは特定の方向の外部磁界に対して協働する傾向を有することになる、別の通常モードの構成に並列結合された２つの磁気抵抗素子を示す概略図である。図１０Ｂは診断モードの構成になるように再接続された２つの磁気抵抗素子を示す概略図である。 ほとんどのタイプがページに対して平行な最大応答軸を有する２つの磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子に近接して反対方向に診断磁界を発生するための電流を搬送する導体とを示すブロック図である。図１１Ａは２つの磁気抵抗素子と、磁気抵抗素子に近接して反対方向に診断磁界を発生するための電流を搬送する２つのそれぞれの導電性コイルとを示すブロック図である。 図９Ｂの磁界検知素子のうちの１つとコイルのうちの１つとの、電磁シールドを含む１つの例示的機構を表す断面を示すブロック図である。 図９Ｂの磁界検知素子のうちの１つとコイルのうちの１つとの、電磁シールドを含む別の例示的機構を表す断面を示すブロック図である。 図１１Ａの磁界検知素子のうちの１つとコイルのうちの１つとの、１つの例示的機構を表す断面を示すブロック図である。 図１１の磁界検知素子のうちの１つと導体との、電磁シールドを含む１つの例示的機構を表す断面を示すブロック図である。 図１１の磁界検知素子のうちの１つと導体との、電磁シールドを含むさらに別の例示的機構を表す断面を示すブロック図である。 磁界センサの機構を示すブロック図である。 磁界センサの機構を示すブロック図である。 磁界センサの機構を示すブロック図である。 図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの一部分を形成することができて、図１２、図１２Ａ、図１２Ｃ、および図１２Ｄの電磁シールドとして使用され得る例示的電磁シールドの上面図である。 図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの一部分を形成することができて、図１２、図１２Ａ、図１２Ｃ、および図１２Ｄの電磁シールドとして使用され得る別の例示的電磁シールドの上面図である。 図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの一部分を形成することができて、図１２、図１２Ａ、図１２Ｃ、および図１２Ｄの電磁シールドとして使用され得るさらに別の例示的電磁シールドの上面図である。 図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの一部分を形成することができて、図１２、図１２Ａ、図１２Ｃ、および図１２Ｄの電磁シールドとして使用され得るさらに別の例示的電磁シールドの上面図である。 ２つのホール効果素子および図５の通常モードの構成から図６の図６Ａの診断モードの構成へと再構成を達成することができるスイッチング機構を示す概略図である。 図１７のスイッチの、図７で表された通常動作モード、図８および図８Ａで表された第１バージョンの診断動作モード、図８Ｂおよび図８Ｃで表された第２バージョンの診断動作モード、図８Ｄおよび図８Ｅで表された第３バージョンの診断動作モード、ならびに図８Ｆおよび図８Ｇで表された第４バージョンの診断動作モードにおける位置を示す図である。 通常動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図７の回路を示す概略図である。図１９Ａは、通常動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図７の回路を示す概略図である。 診断動作モードで一般的に用いられる図１７のスイッチ位置を示す図７の回路を表す概略図である。図２０Ａは、診断動作モードで一般的に用いられる図１７のスイッチ位置を示す図７の回路を表す概略図である。 第１バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８の回路を示す概略図である。図２１Ａは、第１バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８の回路を示す概略図である。 第２バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｂの回路を示す概略図である。図２２Ａは、第２バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｂの回路を示す概略図である。 第３バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｄの回路を示す概略図である。図２３Ａは、第３バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｄの回路を示す概略図である。 第４バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｆの回路を示す概略図である。図２４Ａは、第４バージョンの診断動作モードに用いられる図１７のスイッチ位置を示す図８Ｆの回路を示す概略図である。

本発明を述べる前に、いくつかの予備的な概念および用語が説明される。本明細書で用いられる用語「磁界検知素子」は、磁界を検知することができる電子的素子の様々なタイプを説明するのに用いられる。磁界検知素子は、ホール効果素子、磁気抵抗素子、または磁気トランジスタであり得るが、これらに限定されない。知られているように、例えば平面状のホール素子、垂直のホール素子、円形のホール素子といった様々なタイプのホール効果素子が存在する。例えば、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネリング磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）素子、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子といった様々なタイプの磁気抵抗素子が存在することも既知である。

知られているように、前述の磁界検知素子のいくつかは、磁界検知素子を支持する基板に対して平行な最大感度の軸を有する傾向があり、また、その他の前述の磁界検知素子は、磁界検知素子を支持する基板に対して垂直な最大感度の軸を有する傾向がある。具体的には、すべてではないがほとんどのタイプの磁気抵抗素子は、基板に対して平行な最大感度の軸を有する傾向があり、また、すべてではないがほとんどのタイプのホール素子は、基板に対して垂直な感度の軸を有する傾向がある。

本明細書で用いられる用語「磁界センサ」は、磁界検知素子を含む回路を説明するのに用いられる。磁界センサは、電流搬送導体によって搬送される電流によって発生した磁界を検知する電流センサと、強磁性体または磁性体の接近を検知するマグネチックスイッチ（本明細書では近接検出器とも称される）と、通過する強磁性の物、例えば歯車の歯を検知する回転検出器と、磁界の磁界密度を検知する磁界センサとを含むがこれらに限定されない様々な用途に使用される。本明細書では、マグネチックスイッチ（近接検出器）が実例として使用される。しかし、本明細書で説明される回路および技法は、磁界を検出することができるあらゆる磁界センサにも適合する。

本明細書で用いられる用語「磁界信号」は、磁界検知素子によって経験された磁界に起因するあらゆる回路信号を説明するのに用いられる。
以下で説明される診断動作モードは、一般に、機能している磁界センサと機能していない磁界センサの対比を示す。すなわち、診断動作モード中に出力信号が発生しなければ（あるいは、リニア磁界センサでは出力信号が小さすぎるかまたは大きすぎる場合には）、磁界センサは故障したものと見なされる。しかし、診断動作モードは、以下で、機能している磁界センサと機能していない磁界センサの対比を示すものとして説明されるが、磁界センサの感度を測定するかまたは磁界センサの較正を遂行するのに、類似の技法が用いられ得ることを理解されたい。したがって、本明細書で用いられる用語「診断」は、感度測定および較正を包含するように用いられる。

図１を参照して、従来技術の磁界センサ１０は、スイッチング回路１２の中に結合されるホール効果素子１３を含む。スイッチング回路１２は、外部磁界に応答して差動出力信号１２ａ、１２ｂを発生するように構成される。以下で説明される多くの信号は差動信号であり得るが、すべての場合に用語「差動」が用いられるわけではない。他の実施形態では、信号のうちのいくつかまたはすべてがシングルエンド信号である。

スイッチング回路１２は、図３〜図３Ｃとともに以下でより十分に説明される。ここでは、スイッチング回路１２は、ホール効果素子１２に対する駆動信号（図示せず）をｆ_ｃのクロック周波数でスイッチングすると述べるだけで十分であろう。

磁界センサ１０は、スイッチング回路１４も含み、これは、信号１２ａ、１２ｂを受け取るように結合され、チョッピングされた信号１４ａ、１４ｂを発生するように構成されている。スイッチング回路１４も、ｆ_ｃのクロック周波数でスイッチングされる。スイッチング回路１４の動作も、図３〜図３Ｃとともに以下でより十分に説明される。

増幅器１６は、チョッピングされた信号１４ａ、１４ｂを受け取るように結合され、増幅された信号１６ａ、１６ｂを発生するように構成されている。スイッチング回路１８は、増幅された信号１６ａ、１６ｂを受け取るように結合され、また、逆多重化された信号１８ａ、１８ｂを発生するように構成されている。スイッチング回路１８は、周波数ｆ_ｃでクロッキングされる。低域通過フィルタ２０は、逆多重化された信号１８ａ、１８ｂを受け取るように結合され、フィルタリングされた信号２０ａ、２０ｂを発生するように構成されている。ｓｉｎｘ／ｘ（ｓｉｎｃ）フィルタ２２は、フィルタリングされた信号２０ａ、２０ｂを受け取るように結合され、フィルタリングされた信号２２ａ、２２ｂを発生するように構成されている。ここではシュミットトリガ２４である比較器２４がフィルタリングされた信号２２ａ、２２ｂを受け取るように結合され、磁界センサの出力信号２４ａを発生するように構成されている。

いくつかの実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２は、周波数ｆ_ｃに第１のノッチを有するスイッチドキャパシタフィルタである。しかし、他の実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２はデジタル的に生成される。さらに別の実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２は、クロックを用いないアナログフィルタである。

ｓｉｎｃフィルタ２２に供給されるクロック周波数は、周波数ｆ_ｃにノッチをもたらすために、示されるようにｆ_ｃの周波数に存在し得ることが理解されよう。しかし、ｓｉｎｃフィルタ２２は、周波数ｆ_ｃにノッチを有するが、クロック信号を異なる周波数で用いるように設計され得ることも理解されよう。以下の図（例えば図７〜図８Ｇ）とともに、ｓｉｎｃフィルタ２２に供給されるクロックは周波数ｆ_ｃであると説明される。しかし、望まれるのは、周波数ｆ_ｃにおけるノッチ周波数である。

磁界センサの出力信号２４ａが２状態信号であり、磁界センサ１０がマグネチックスイッチであることが理解されよう。しかし、他の実施形態では、比較器２４は線形増幅器またはバッファと置換され、磁界出力信号は線形信号である。いくつかの実施形態では、フィルタ２０、２２のうち１つだけが使用されることも理解されよう。

図１の磁界センサの動作が、以下で図１Ａとともに説明される。
次に図１Ａを参照すると、グラフ２６は、それぞれが、任意の単位で周波数の単位を有する横軸と任意の単位で電力の単位を有する縦軸とを含む。

グラフ２８は、信号１２ａ、１２ｂ（すなわち信号１２ａ、１２ｂの周波数スペクトル））を表しており、外部磁界信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌと残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆの和を示し、直流の外部磁界を示すゼロ周波数であり得る周波数が見られる。ホール効果のオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、クロック周波数ｆ_ｃによる別の周波数にある。この効果は、図３〜図３Ｃとともにさらに説明される。

ホール効果のオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、ホール効果素子１３の出力信号１２ａ、１２ｂに存在することになる直流電圧誤差に相当するが、スイッチング回路１２がスイッチングしていないとき、すなわち、ホール効果素子１０４、１０６を通る電流が、ある特定のそれぞれの方向に向けられるときのことである。グラフ２８に示されるように、ホール効果のオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、スイッチング回路１２のスイッチング動作により、差動信号１２ａ、１２ｂにおいて、より高い周波数へシフトされる（また、グラフ３０とともに以下で説明されるように、スイッチ回路１４の動作により、シフトして直流へ戻される）。残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆは、スイッチング回路１２がスイッチングしているときでさえ差動信号１２ａ、１２ｂにおいて直流に残る残留オフセット信号に相当する（また、グラフ３０とともに以下で説明されるように、スイッチング回路１４の動作によってより高い周波数へシフトされる）。

グラフ３０は、チョッピング後の信号１４ａ、１４ｂを表す。ホールオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、スイッチング回路１４の動作によって直流へシフトされ、信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌ＋ＲｅｓＯｆｆは周波数ｆ_ｃに存在する。

グラフ３２は、信号１６ａ、１６ｂを表す。グラフ３２では、増幅器１６の直流オフセットが直流でホールオフセット信号に付加され、直流における信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆをもたらす。

グラフ３４は、スイッチング回路１８の後の信号１８ａ、１８ｂを表す。見られるように、このとき、信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌ＋ＲｅｓＯｆｆは直流にあり、信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆは周波数ｆ_ｃにある。

グラフ３６は、フィルタ２０の後の信号２０ａ、２０ｂを表す。フィルタ２０の遮断周波数は、周波数ｆ_ｃ未満に選択される。信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆは、望み通りに低減される。

グラフ３８は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号２２ａ、２２ｂを表す。ｓｉｎｃフィルタ２２のノッチは、周波数ｆ_ｃ（すなわちｓｉｎｃフィルタ２２のナイキスト周波数）に選択される。外部磁界信号（それにいくらかの残留オフセットを加えたもの）だけが、グラフ３８および信号２２ａ、２２ｂに残っている。ホール効果素子のオフセット（ＨａｌｌＯｆｆ）は除去されている。

次に図２〜図２Ｃを参照して、ホールオフセット成分（例えば５８）を変調するタイプのスイッチングされるホール素子５０は、ホール素子（またはホールプレート）５２および変調回路５４を含む。ホール素子５２は、示されるように、それぞれのスイッチ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、および５６ｄの第１の端子にそれぞれ結合された４つの接点５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、および５２ｄを含む。スイッチの第２の端子５６ｂと５６ｃが結合されて、スイッチングされたホール出力信号のプラスのノードをもたらし、ここではＶｏ＋とラベルが付けられ、スイッチの第２の端子５６ａと５６ｄが結合されて、スイッチングされたホール出力信号のマイナスのノードをもたらし、ここではＶｏ−とラベルが付けられている。

追加のスイッチ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、および６０ｄは、ホール接点５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを、供給電圧Ｖｓおよびアースに選択的に結合するように構成される。より詳細には、示されるように、スイッチ５６ｂ、５６ｄ、６０ａ、および６０ｃは、クロック信号ＣＬＫによって制御され、スイッチ５６ａ、５６ｃ、６０ｂ、および６０ｄは、相補的クロック信号ＣＬＫ／によって制御される。クロック信号ＣＬＫおよびＣＬＫ／は、図２Ａに示されるように、２つの状態または相のΦ_０°状態およびΦ_９０°状態を有する。

作動中、相Φ_０°を通じて、電流が端子５２ａから端子５２ｃへ流れ、スイッチングされたホール出力信号ＶｏはＶ_Ｈ＋Ｖ_ｏｐに等しく、Ｖ_ｏｐはホール素子のオフセット電圧またはホールオフセット成分であり、Ｖ_Ｈは磁界信号成分である。相Φ_９０°を通じて、電流が端子５２ｂから端子５２ｄへ流れ、スイッチングされたホール出力信号Ｖｏは、Ｖ_Ｈ−Ｖ_ｏｐに等しい。したがって、変調回路５４がホールオフセット成分Ｖ_ｏｐを変調し、これは、図２Ｂにゼロガウスの磁界として示されている。磁界信号成分Ｖ_Ｈは、図２Ｃに示されるように、実質的に不変のままである。

図２のチョッピング回路５０は、図１のスイッチング回路１２、１４として使用され得るが、図１のグラフ２６は、以下で図３〜図３Ｃとともに説明されるチョッピング回路の動作を表す。

次に図３〜図３Ｃを参照して、磁界信号成分を変調するタイプの代替のスイッチングされるホール素子７０（図１のスイッチング回路１２、１４に使用され得る）は、ホール素子７２および変調回路７４を含む。ホール効果素子７２は、図２のホール効果素子５２と同一であり、４つの接点７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および７２ｄを含み、そのそれぞれが、それぞれのスイッチ７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、および７６ｄの第１の端子に結合される。スイッチの第２の端子７６ａと７６ｂが結合されて、スイッチングされたホール出力信号のＶｏ＋とラベルを付けられたプラスのノードをもたらし、スイッチの第２の端子５６ｃと５６ｄが結合されて、スイッチングされたホール出力信号のＶｏ−とラベルを付けられたマイナスのノードをもたらす。したがって、図２と図３を比較すれば、Φ_９０°相の期間中、ホール素子の出力接点が交替されることが判明する。

追加のスイッチ８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄは、ホール接点７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および７２ｄを、供給電圧Ｖｓおよびアースに選択的に結合するように構成される。示されるように、スイッチ７６ｂ、７６ｄ、８０ａ、および８０ｃはクロック信号ＣＬＫによって制御され、スイッチ７６ａ、７６ｃ、８０ｂ、および８０ｄは相補的クロック信号ＣＬＫ／によって制御される。クロック信号ＣＬＫおよびＣＬＫ／は、図２の類似の信号と同一であり、したがってΦ_０°とΦ_９０°の２つの状態または相を有する。

作動中、相Φ_０°を通じて、電流が端子７２ａから端子７２ｃへ流れ、スイッチングされたホール出力信号Ｖｏは、Ｖ_Ｈ＋Ｖ_ｏｐに等しい。相Φ_９０°を通じて、電流が端子７２ｂから端子７２ｄへ流れ、スイッチングされたホール出力信号Ｖｏは、−Ｖ_Ｈ＋Ｖ_ｏｐに等しい。したがって、変調回路７４が磁気信号成分を変調して変調された磁気信号成分Ｖ_Ｈをもたらし、これは、図３Ｃにゼロガウスの磁界として示されている。図３Ｂに示されるように、オフセット成分Ｖ_ｏｐは実質的に不変のままである。

スイッチ８０ａ〜８０ｄは、図１のスイッチング回路１２と同一または類似のスイッチング回路を形成し得ることが理解されよう。スイッチ７６ａ〜７６ｄは、図１のスイッチング回路１４と同一または類似のスイッチング回路を形成し得ることも理解されよう。

いくつかの実施形態では、図１のスイッチング回路１２とスイッチング回路１４との組合せは、上記で図２〜図２Ｃとともに説明されたタイプのものではなく、上記で図３〜図３Ｃとともに説明されたタイプのものである。

次に図４を参照すると、自動車の中に変速装置が配置され得る。変速装置の下端には磁石が配置され得る。変速装置のポジション、したがって選択されたギアを検知する位置に、複数の磁界センサが配置され得る。

自動車のコンピュータシステムが、磁界センサを時々試験することができるように、セルフテスト能力を有する磁界センサを提供することが望ましいであろう。いくつかの実施形態では、故障した磁界センサは、表示灯またはコンピュータインタフェースによって自動車の運転者または整備士に報告され得て、例えば、自動車には１９９６年ごろから既に米国で販売されているＯＢＤ−ＩＩコンピュータインタフェースがあるが、現在、変速装置に関連する故障した磁界センサのこのような表示はない。

次に図５を参照すると、２つのホール効果素子が一緒に並列に結合され得る。並列に結合された２つのホール効果素子は、上記で図１〜図３Ｃとともに説明された単一のホール効果素子のうち任意のものの代わりに使用され得る。したがって、２つの並列のホール効果素子の出力（プラスおよびマイナス）が、１つのホール効果素子からのプラスおよびマイナスの出力の代わりに用いられ得る。駆動信号（図５には示されていない）は、上記の図面の任意の１つのホール効果素子を駆動する通りに２つの並列のホール効果素子を駆動することができる。

本明細書では、ホール効果素子の並列の配置は、以下でより十分に説明される診断モードの構成とは対照的に、通常モードの構成と称される。
次に図６を参照すると、図５の２つのホール効果素子が、診断モードの構成に一緒に結合され得る（すなわち再接続され得る）。この機構で、診断モードに構成された２つのホール効果素子の組合せは、２つのホール効果素子の各１つによって経験されるのと同一方向において、外部磁界Ｂｅｘｔｅｒｎａｌに対して実質的に応答しないことを理解されたい。外部磁界に対する残留応答は、２つのホール効果素子の不一致によるものであり得て、これが残留外部磁界信号をもたらすことになる。

しかし、２つの磁界検知素子の組合せは、診断モードに構成された２つのホール効果素子の各１つによって経験されるのと異なる方向において、２つの診断磁界Ｂｃｏｉｌに応答して出力信号Ｖ_{Ｂｃｏｉｌ}を発生することも理解されたい。

次に図６Ａを参照すると、２つのホール効果素子が、診断モードに構成されて再び示されている。ここでは、２つの診断磁界Ｂｃｏｉｌのそれぞれの２つの相（方向）が示されている。本質的には、出力信号Ｖ_{Ｂｃｏｉｌ}は、交流診断磁界に応答して交流信号である。しかし、２つのホール効果素子が診断モードに構成されているとき、この出力信号には、外部磁界が直流磁界であろうと交流磁界であろうと、両方のホール効果素子において同一方向の外部磁界からの寄与は実質的にゼロである。

以下の図面を参照すると、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサは、同一の磁界センサであるが、それぞれ通常動作モード、第１バージョンの診断動作モード、第２バージョンの診断動作モード、第３バージョンの診断動作モード、および第４バージョンの診断動作モードに構成されて動作させられる。したがって、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの回路ブロックは同一であるが、これらの図面における信号の少なくともいくつかは同一ではないことが理解されよう。

次に図７を参照すると、図１のものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、通常動作モードでは、磁界センサ１００が、上記で図５に示されたものと同様に、通常モードに構成された２つのホール効果素子１０４、１０６を有することを除けば、磁界センサ１００は図１の磁界センサ１０に類似のものであり得る。

磁界センサはスイッチング回路１０２を含み、同回路は、２つのホール効果素子１０４、１０６に結合され、差動出力信号１０２ａ、１０２ｂを発生するように構成されている。スイッチング回路１０８は、信号１０２ａ、１０２ｂを受け取るように結合され、出力信号１０８ａ、１０８ｂを発生するように構成されている。

スイッチング回路１０２および１０８は、図１７とともに以下でより十分に説明される。ここでは、スイッチング回路１０２が、２つのホール素子１０４、１０６を図５の通常モードに構成し、２つのホール効果素子１０４、１０６を図６および図６Ａの診断モードの構成にも再接続するように構成され、また、いくつかの動作モードでは、駆動信号（図示せず）を、ホール効果素子１０２、１０４に対してある周波数のクロックでスイッチングして、変調された（周波数シフトされた）信号をもたらすようにも構成されると述べるだけで十分であろう。通常動作モードでは、２つのホール効果素子１０４、１０６に対する駆動信号は、周波数ｆ_ｃのクロックでスイッチングされる。ここでも、スイッチング回路１０８は、回路１０２と同一の回路または別の回路によって発生し得る別の変調（または復調）を表すと述べるだけで十分であろう。ここでは、明確にするために、スイッチング回路１０８は別個に示されている。

図１７から、スイッチング回路１０２は、図１のスイッチング回路１２と同一または類似のものであり得ることが理解されよう。しかし、スイッチング回路１０２により、２つのホール効果素子１０４、１０６は、図５の通常モードの構成に接続され、また図６および図６Ａの診断モードの構成に再接続され得る。

２つのコイル１２４、１２６およびスイッチング回路１２２は、図７の通常動作モードで使用されることはなく、図８〜図８Ｇとともに以下で論じられる診断動作モードのいくつかの形態で使用される。

図１と比較すると、信号１０２ａ、１０２ｂが信号１２ａ、１２ｂに対応し、信号１０８ａ、１０８ｂが信号１４ａ、１４ｂに対応し、信号１１０ａ、１１０ｂが信号１６ａ、１６ｂに対応し、信号１１２ａ、１１２ｂが信号１８ａ、１８ｂに対応し、信号１１４ａ、１１４ｂが信号２０ａ、２０ｂに対応し、信号１１６ａ、１１６ｂが信号２２ａ、２２ｂに対応し、信号１１８が信号２４ａに対応する。対応する信号は、図７では１つのホール効果素子１３からではなく２つのホール効果素子１０４、１０６から信号が生じることを除けば、基本的に同一の信号である。

図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの回路では、様々な周波数を有する様々なクロック信号が示されて説明される。しかし、すべての回路において、ｓｉｎｃフィルタ２２のノッチ周波数は、周波数ｆ_ｃで一定に保たれることが、以下の議論から明らかになるであろう。

次に図７Ａを参照すると、図１Ａのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、通常モードの構成では、すべての信号が、上記で図１Ａとともに説明されたものと同一である。

図１と比較して、グラフ２８は信号１０２ａ、１０２ｂに対応し、グラフ３０は信号１０８ａ、１０８ｂに対応し、グラフ３２は信号１１０ａ、１１０ｂに対応し、グラフ３４は信号１１２ａ、１１２ｂに対応し、グラフ３６は信号１１４ａ、１１４ｂに対応し、グラフ３８は信号１１６ａ、１１６ｂに対応する。

いくつかの実施形態では、図７の通常モードの構成のとき、電流Ｉｃｏｉｌはゼロであり得る。しかし、いくつかの実施形態では、図７の通常モードの構成であるときさえ、電流Ｉｃｏｉｌは、スイッチング回路１２２によって発生し、かつスイッチングされる。図５を参照すると、２つのホール効果素子１０４、１０６が図７の通常モードの構成で反対方向の診断磁界にのみさらされるとき、図５および図７の２つのホール効果素子の出力信号は実質的にゼロであることを理解されたい。したがって、いくつかの実施形態では、電流Ｉｃｏｉｌは、通常動作モードおよび以下で説明される診断動作モードの両方を通じて発生する。

次に図８を参照すると、図１および図７のものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ１５０は、図７の磁界センサ１００と同一または類似のものであるが、ここでは、上記で図６および図６Ａとともに説明された診断モードの構成に再接続されている２つのホール効果素子１０４、１０６を有して示されている。スイッチング回路１０２は、ホール効果素子１０４、１０６を、図５および図７の通常モードの構成から図６および図６Ａの診断のモード構成へと再接続することができる。

磁界センサ１５０は、第１バージョンの診断動作モードを説明するために用意されている。
磁界センサ１５０は、スイッチング回路１０２の中で結合された２つのホール効果素子１０４、１０６を含む。スイッチング回路１０２は、差動出力信号１５２ａ、１５２ｂを発生するように構成され、同信号は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂとは異なり、２つのコイル１２４、１２６によって発生する診断磁界に応答し、外部磁界には応答しない。

スイッチング回路１０２は、以下で図１７とともにより十分に説明される。第１バージョンの診断動作モードにおける磁界センサ１５０の動作では、スイッチング回路１０２は、２つのホール効果素子１０４、１０６を図６および図６Ａの診断モードの構成にも再構成するように構成され、また、ホール効果素子１０２、１０４に対して駆動信号（図示せず）をスイッチングしない、すなわちｆ＝０とするように構成されると述べるだけでここでは十分であろう。

以下で図８Ａとともにより十分に説明される信号１５２ａ、１５２ｂ、１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、および１６４は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、および１１８とは異なるものであり、というのは、２つのホール効果素子１０４、１０６が図８では図７と異なって結合されるためであり、ホール効果素子１０４、１０６が以下でより十分に説明される診断磁界に応答して外部磁界には応答しないためであり、また、磁界センサ１５０が第１バージョンの診断動作モードで動作するためである。

２つの診断モードコイル１２４、１２６は電流Ｉｃｏｉｌを受け取るように結合され得て、同電流の方向は、２つの診断モードコイル１２４、１２６とコイル電流Ｉｃｏｉｌの間に結合されたスイッチング回路１２２によって周波数ｆ_ｃを有するクロックを用いて前後にスイッチングされる。

磁界センサ１５０は、第１バージョンの診断動作モードを表すクロック機構を有して示されている。具体的には、第１バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１２２およびスイッチング回路１８は、周波数ｆ_ｃでクロッキングされ、ｓｉｎｃフィルタ２２は周波数ｆ_ｃにノッチを有する。しかし、スイッチング回路１０８は全くスイッチングされず、所定の構成に固定されていて、信号１５２ａ、１５２ｂがスイッチング回路１０８を通るのみである。また、スイッチング回路１０２は、スイッチングされず、ホール効果素子を通常モードの構成から診断モードの構成へと再接続するのみである。

第１バージョンの診断動作モードのとき、スイッチング回路１２２によってもたらされるスイッチングが、図７の通常動作モードにあるときスイッチング回路１０２によってもたらされるスイッチングに取って代わることが理解されよう。第１バージョンの診断動作モードは、スイッチング回路１０８の動作を除いて、磁界センサ１５０のすべての部分のセルフテストを遂行することができる。

次に図８Ａを参照すると、グラフ１７０は、それぞれが、任意の単位で周波数の単位を有する横軸と任意の単位で電力の単位を有する縦軸とを含む。
グラフ１７２は、信号１５２ａ、１５２ｂ、および信号１５４ａ、１５４ｂを表し、また、２つの診断コイル１２４、１２６から生じる、スイッチング回路１２２のクロック周波数ｆ_ｃに一致した周波数の交流診断磁界Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓを示す。外部磁界ＲｅｓＢｅｘｔによる何らかの残留信号と合計されたホール効果素子のオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、別の周波数にあり、ゼロであり得る。信号ＲｅｓＢｅｘｔは、２つのホール効果素子１０４と１０６の、図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されたときの不一致に起因するものであり得る。

グラフ１７４は、増幅器１６の後の信号１５６ａ、１５６ｂを表す。グラフ１７４は、増幅器のオフセット電圧ＡｍｐＯｆｆが直流で付加されることを除けば、グラフ１７２に似ている。

グラフ１７６は、スイッチング回路１８の後の信号１５８ａ、１５８ｂを表す。見られるように、診断磁界信号Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓは直流へシフトされ、このとき、信号ＨａｌｌＯｆｆ、ＲｅｓＢｅｘｔ、およびＡｍｐＯｆｆの合計の周波数は、スイッチング回路１８のクロック周波数ｆ_ｃである。

グラフ１７８は、フィルタ２０の後の信号１６０ａ、１６０ｂを表す。フィルタ２０の遮断周波数は、周波数ｆ_ｃ未満に選択される。残留オフセットおよび増幅器のオフセットが低減される。

グラフ１８０は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号１６２ａ、１６２ｂを表す。ｓｉｎｃフィルタ２２のノッチは、周波数ｆ_ｃに選択される。グラフ１８０および信号１６２ａ、１６２ｂには、診断磁界信号だけが残っている。

次に図８Ｂを参照すると、図１、図７、および図８のものと同じ要素は同じ参照記号を有し示されており、磁界センサ２００は、図７および図８の磁界センサ１００、１５０と同一または類似のものである。図８と同様に、２つのホール効果素子１０４、１０６は、スイッチング回路１０２の動作により、図６、図６Ａとともに上記で説明された診断モードの構成へと、ここでも再接続される。

磁界センサ２００は、第２バージョンの診断動作モードを説明するために用意されている。
磁界センサ２００は、スイッチング回路１０２の中で結合された２つのホール効果素子１０４、１０６を含む。スイッチング回路１０２は、ホール効果素子１０４、１０６に対して駆動信号をスイッチングして差動出力信号２０１ａ、２０１ｂを発生するように構成され、同信号は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂとは異なり、２つのコイル１２４、１２６によって発生する診断磁界に応答し、外部磁界には応答しない。また、差動信号２０１ａ、２０１ｂは、図８の信号１５２ａ、１５２ｂとは異なって、スイッチング回路１２２、１０２の異なる動作により、異なる信号コンテンツを有する。

スイッチング回路１０２は、以下で図１７とともにより十分に説明される。第２バージョンの診断動作モードにおける磁界センサ２００の動作では、スイッチング回路１０２は、図８の磁界センサ１５０と同様に、２つのホール素子１０４、１０６を、図５の通常モードの構成から図６および図６Ａの診断モードの構成へと再接続するように構成されるが、図８の磁界センサ１５０とは異なって、ホール効果素子１０２、１０４に対して、駆動信号（図示せず）を、周波数ｆ_ｃのクロックを用いてスイッチングするように構成されると述べるだけでここでは十分であろう。

以下で図８Ｃとともにより十分に説明される信号２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、および２０７は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、および１１８ａ、ならびに図８の信号１５２ａ、１５２ｂ、１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、および１６４とは異なるものであり、というのは、磁界センサ２００が第２バージョンの診断動作モードで動作するためである。

２つの診断モードコイル１２４、１２６は電流Ｉｃｏｉｌを受け取るように結合され得て、同電流の方向は、２つの診断モードコイル１２４、１２６とコイル電流Ｉｃｏｉｌの間に結合されたスイッチング回路１２２によって周波数２ｆ_ｃを有するクロックを用いて前後にスイッチングされる。

磁界センサ２００は、第２バージョンの診断動作モードを表すクロック機構を有して示されている。具体的には、第２バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１２２およびスイッチング回路１８は、周波数２ｆ_ｃでクロッキングされ、一方、スイッチング回路１０２およびスイッチング回路１０８は、周波数ｆ_ｃでクロッキングされ、ｓｉｎｃフィルタ２２は周波数ｆ_ｃにノッチを有する。

第２バージョンの診断動作モードは、スイッチング回路１０２、１０８の動作を含めて、磁界センサ２００のすべての部分のセルフテストを遂行することができる。
次に図８Ｃを参照すると、グラフ２０８は、それぞれが、任意の単位で周波数の単位を有する横軸と任意の単位で電力の単位を有する縦軸とを含む。

グラフ２０９は、差動信号２０２ａ、２０２ｂを表し、また、２つの診断コイル１２４、１２６から生じる、スイッチング回路１２２のクロック周波数２ｆ_ｃに一致した周波数の交流診断磁界Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓを示す。グラフ２０９は、スイッチング回路１０２をクロッキングするクロック周波数ｆ_ｃに一致した周波数に現われる、ホール素子のオフセット電圧ＨａｌｌＯｆｆに対応するスペクトルの成分も示す。外部磁界ＲｅｓＢｅｘｔによる何らかの残留信号と合計されたホール効果素子の残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆは、別の周波数にあり、ゼロであり得る。前述のように、信号ＲｅｓＢｅｘｔは、２つのホール効果素子１０４と１０６の、図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されたときの不一致に起因するものであり得る。

第２バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１０８は、信号２０１ａ、２０１ｂを変調する動作をしないことが理解されよう。換言すれば、スイッチング回路１０８は、いかなる信号周波数もシフトしない。本質的には、スイッチング回路１０２が２つのホール効果素子に対して駆動信号をスイッチングするとき、２つのホール効果素子からの出力信号は極性が逆転する。スイッチング回路１０８は、増幅器１６に入る２つの差動出力信号２０１ａ、２０１ｂをスイッチングし、結果として、プラスの信号は常に増幅器１６の同一のノード（例えばプラスの入力ノード）に入り、マイナスの信号は常に増幅器１６の同一のノード（例えばマイナスの入力ノード）に入る。したがって、スイッチング回路１０８の第２バージョンの診断動作モードにおける動作から周波数シフトが生じることはない。

グラフ２１０は、増幅器１６の後の信号２０３ａ、２０３ｂを表す。グラフ２１０は、増幅器のオフセット電圧ＡｍｐＯｆｆが直流で付加されることを除けば、グラフ２０９に似ている。

グラフ２１１は、スイッチング回路１８の後の信号２０４ａ、２０４ｂを表す。見られるように、診断磁界信号Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓは直流へシフトされ、信号ＲｅｓＢｅｘｔ、ＲｅｓＯｆｆ、およびＡｍｐＯｆｆの合計の周波数はこのとき２ｆ_ｃであり、信号ＨａｌｌＯｆｆの周波数はｆ_ｃのままである。

グラフ２１２は、フィルタ２０の後の信号２０５ａ、２０５ｂを表す。フィルタ２０の遮断周波数は、周波数ｆ_ｃ未満に選択される。残留オフセット信号、増幅器のオフセット信号、およびホール素子のオフセット信号が低減される。

グラフ２１３は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号２０６ａ、２０６ｂを表す。ｓｉｎｃフィルタ２２のノッチは、周波数ｆ_ｃに選択される。グラフ２１３および信号２０６ａ、２０６ｂには、診断磁界信号だけが残っている。

次に図８Ｄ参照すると、図１、図７、図８、および図８Ｂのものと同じ要素は同じ参照記号を有し示されており、磁界センサ２２０は、図７、図８、および図８Ｂのそれぞれの磁界センサ１００、１５０、２００と同一または類似のものである。図８および図８Ｂと同様に、２つのホール効果素子１０４、１０６は、スイッチング回路１０２の動作により、図６、図６Ａとともに上記で説明された診断モードの構成へと、ここでも再接続される。

磁界センサ２２０は、第３バージョンの診断動作モードを説明するために用意されている。
磁界センサ２２０は、スイッチング回路１０２の中で結合された２つのホール効果素子１０４、１０６を含む。スイッチング回路１０２は、２つのホール効果素子１０４、１０６に対して駆動信号をスイッチングして差動出力信号２２１ａ、２２１ｂを発生するように構成され、同信号は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂとは異なり、２つのコイル１２４、１２６によって発生する診断磁界に応答し、外部磁界には応答しない。信号２２１ａ、２２１ｂは、図８の信号１５２ａ、１５２ｂおよび図８Ｂの信号２０１ａ、２０１ｂとも異なって、スイッチング回路１２２、１０２の異なる動作により、異なる信号コンテンツを有する。

スイッチング回路１０２は、以下で図１７とともにより十分に説明される。第３バージョンの診断動作モードにおける磁界センサ２２０の動作では、スイッチング回路１０２は、図８の磁界センサ１５０および図８Ｂの磁界センサ２００と同様に、それぞれ２つのホール素子１０４、１０６を、図５の通常モードの構成から図６および図６Ａの診断モードの構成へと再接続するように構成されるが、図８の磁界センサ１５０および図８Ｂの磁界センサ２００とは異なって、ホール効果素子１０２、１０４に対して、駆動信号（図示せず）を、周波数２ｆ_ｃのクロックを用いてスイッチングするように構成されると述べるだけでここでは十分であろう。

以下で図８Ｅとともにより十分に説明される信号２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂ、２２３ａ、２２３ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２５ａ、２２５ｂ、２２６ａ、２２６ｂ、および２２７は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、および１１８ａ、図８の信号１５２ａ、１５２ｂ、１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、および１６４、ならびに図８Ｂの信号２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、および２０７とは異なるものであり、というのは、磁界センサ２２０が第３バージョンの診断動作モードで動作するためである。

２つの診断モードコイル１２４、１２６は電流Ｉｃｏｉｌを受け取るように結合され得て、同電流の方向は、２つの診断モードコイル１２４、１２６とコイル電流Ｉｃｏｉｌの間に結合されたスイッチング回路１２２によって周波数ｆ_ｃを有するクロックを用いて前後にスイッチングされる。

磁界センサ２２０は、第３バージョンの診断動作モードを表すクロック機構を有して示されている。具体的には、第３バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１２２およびスイッチング回路１８は、周波数ｆ_ｃでクロッキングされ、ｓｉｎｃフィルタ２２は周波数ｆ_ｃにノッチを有し、一方、スイッチング回路１０２およびスイッチング回路１０８は周波数２ｆ_ｃのクロックでクロッキングされる。

第３バージョンの診断動作モードは、スイッチング回路１０２、１０８の動作を含めて、磁界センサ２２０のすべての部分のセルフテストを遂行することができる。
次に図８Ｅを参照すると、グラフ２２８は、それぞれが、任意の単位で周波数の単位を有する横軸と任意の単位で電力の単位を有する縦軸とを含む。

グラフ２２９は、信号２２１ａ、２２１ｂを表し、また、２つの診断コイル１２４、１２６から生じる、スイッチング回路１２２のクロック周波数ｆ_ｃに一致した周波数の交流診断磁界Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓを示す。グラフ２２９は、スイッチング回路１０２をクロッキングするクロック周波数２ｆ_ｃに一致した周波数に現われる、ホール素子のオフセット電圧ＨａｌｌＯｆｆに対応するスペクトルの成分も示す。外部磁界ＲｅｓＢｅｘｔによる何らかの残留信号と合計されたホール効果素子の残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆは、別の周波数にあり、ゼロであり得る。前述のように、信号ＲｅｓＢｅｘｔは、２つのホール効果素子１０４と１０６の、図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されたときの不一致に起因するものであり得る。

第３バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１０８は、図８Ｃとともに上記で説明された理由のために、信号２２１ａ、２２１ｂを変調する動作をしないことが理解されよう。

グラフ２３０は、増幅器１６の後の信号２２３ａ、２２３ｂを表す。グラフ２３０は、増幅器のオフセット電圧ＡｍｐＯｆｆが直流で付加されることを除けば、グラフ２２９に似ている。

グラフ２３１は、スイッチング回路１８の後の信号２２４ａ、２２４ｂを表す。見られるように、診断磁界信号Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓは直流へシフトされ、信号ＲｅｓＢｅｘｔ、ＲｅｓＯｆｆ、およびＡｍｐＯｆｆの合計の周波数はこのときｆ_ｃであり、信号ＨａｌｌＯｆｆの周波数はｆ_ｃのままである。前述のことが起こるためには、スイッチング回路１８を制御する信号の特定の相が必要とされる。

グラフ２３２は、フィルタ２０の後の信号２２５ａ、２２５ｂを表す。フィルタ２０の遮断周波数は、周波数ｆ_ｃ未満に選択される。残留オフセット信号、増幅器のオフセット信号、およびホール素子のオフセット信号が低減される。

グラフ２３３は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号２２６ａ、２２６ｂを表す。フィルタ２２のノッチは、周波数ｆ_ｃに選択される。グラフ２３３および信号２２６ａ、２２６ｂには、診断磁界信号だけが残っている。

次に図８Ｆを参照すると、図１、図７、図８、図８Ｂ、および図８Ｄのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ２４０は、図７、図８、図８Ｂ、および図８Ｄのそれぞれの磁界センサ１００、１５０、２００、２２０と同一または類似のものである。図８、図８Ｂ、および図８Ｄと同様に、２つのホール効果素子１０４、１０６は、スイッチング回路１０２の動作により、図６、図６Ａとともに上記で説明された診断モードの構成へと、ここでも再接続される。

磁界センサ２４０は、第４バージョンの診断動作モードを説明するために用意されている。
磁界センサ２４０は、スイッチング回路１０２の中で結合された２つのホール効果素子１０４、１０６を含む。スイッチング回路１０２は、２つのホール効果素子１０４、１０６に対して駆動信号をスイッチングして差動出力信号２４１ａ、２４１ｂを発生するように構成され、同信号は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂとは異なり、２つのコイル１２４、１２６によって発生する診断磁界に応答し、外部磁界には応答しない。信号２２１ａ、２２１ｂは、図８の信号１５２ａ、１５２ｂおよび図８Ｄの信号２２１ａ、２２１ｂとも異なって、スイッチング回路１２２、１０２の異なる動作により、異なる信号コンテンツを有する。

スイッチング回路１０２は、以下で図１７とともにより十分に説明される。第４バージョンの診断動作モードにおける磁界センサ２４０の動作では、スイッチング回路１０２は、図８の磁界センサ１５０、図８Ｂの磁界センサ２００、および図８Ｄの磁界センサ２２０と同様に、２つのホール素子１０４、１０６を、図５の通常モードの構成から図６および図６Ａの診断モードの構成へと再接続するように構成されるが、図８の磁界センサ１５０および図８Ｄの磁界センサ２２０とは異なって、ホール効果素子１０２、１０４に対して、駆動信号（図示せず）を、周波数ｆ_ｃのクロックを用いてスイッチングするように構成されると述べるだけでここでは十分であろう。

以下で図８Ｇとともにより十分に説明される信号２４１ａ、２４１ｂ、２４２ａ、２４２ｂ、２４３ａ、２４３ｂ、２４４ａ、２４４ｂ、２４５ａ、２４５ｂ、２４６ａ、２４６ｂ、および２４７は、図７の信号１０２ａ、１０２ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、および１１８ａ、図８の信号１５２ａ、１５２ｂ、１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、１５８ａ、１５８ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、および１６４、図８Ｂの信号２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０３ａ、２０３ｂ、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、および２０７、ならびに図８Ｄの信号２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂ、２２３ａ、２２３ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２５ａ、２２５ｂ、２２６ａ、２２６ｂ、および２２７とは異なるものであり、というのは、磁界センサ２４０が第４バージョンの診断動作モードで動作するためである。

２つの診断モードコイル１２４、１２６は電流Ｉｃｏｉｌを受け取るように結合され得て、同電流の方向は、２つの診断モードコイル１２４、１２６とコイル電流Ｉｃｏｉｌの間に結合されたスイッチング回路１２２によって周波数ｆ_ｃ／２を有するクロックを用いて前後にスイッチングされる。

磁界センサ２４０は、第４バージョンの診断動作モードを表すクロック機構を有して示されている。具体的には、第４バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１２２およびスイッチング回路１８は、周波数ｆ_ｃ／２でクロッキングされ、一方、スイッチング回路１０２およびスイッチング回路１０８は周波数ｆ_ｃのクロックでクロッキングされ、ｓｉｎｃフィルタ２２はｆ_ｃ／２の周波数にノッチを有し、この周波数は、ｓｉｎｃフィルタ２２に対するｆ_ｃの周波数または別の周波数を有するクロック信号に由来するものであり得る。

第４バージョンの診断動作モードは、スイッチング回路１０２、１０８の動作を含めて、磁界センサ２４０のすべての部分のセルフテストを遂行することができる。
次に図８Ｇを参照すると、グラフ２４８は、それぞれが、任意の単位で周波数の単位を有する横軸と任意の単位で電力の単位を有する縦軸とを含む。

グラフ２４９は、信号２４１ａ、２４１ｂを表し、また、２つの診断コイル１２４、１２６から生じる、スイッチング回路１２２のクロック周波数ｆ_ｃ／２に一致した周波数の交流診断磁界Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓを示す。グラフ２４９は、スイッチング回路１０２をクロッキングするクロック周波数ｆ_ｃに一致した周波数に現われる、ホール素子のオフセット電圧ＨａｌｌＯｆｆに対応するスペクトルの成分も示す。外部磁界ＲｅｓＢｅｘｔによる何らかの残留信号と合計されたホール効果素子の残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆは、別の周波数にあり、ゼロであり得る。前述のように、信号ＲｅｓＢｅｘｔは、２つのホール効果素子１０４と１０６の、図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されたときの不一致に起因するものであり得る。

第４バージョンの診断動作モードでは、スイッチング回路１０８は、信号２２１ａ、２２１ｂを変調する働きをすることが理解されよう。
グラフ２５０は、スイッチング回路１０８の後の信号２４２ａ、２４２ｂを表す。グラフ２５０は、信号成分ＨａｌｌＯｆｆとＲｅｓＢｅｘｔ＋ＲｅｓＯｆｆとの周波数が交換されていることを除けばグラフ２４９に似ている。

グラフ２５１は、増幅器１６の後の信号２４３ａ、２４３ｂを表す。グラフ２５１は、増幅器のオフセット電圧ＡｍｐＯｆｆが直流で付加されることを除けば、グラフ２５０に似ている。

グラフ２５２は、スイッチング回路１８の後の信号２４４ａ、２４４ｂを表す。見られるように、診断磁界信号Ｂｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓは直流へシフトされ、信号ＲｅｓＢｅｘｔとＲｅｓＯｆｆの合計の周波数はこのときｆ_ｃ／２であり、信号ＨａｌｌＯｆｆとＡｍｐＯｆｆの合計の周波数もｆ_ｃ／２である。前述のことが起こるためには、スイッチング回路１８を制御する信号の特定の相が必要とされる。

グラフ２５３は、フィルタ２０の後の信号２４５ａ、２４５ｂを表す。フィルタ２０の遮断周波数は、周波数ｆ_ｃ未満に選択される。残留オフセット信号、増幅器のオフセット信号、およびホール素子のオフセット信号が低減される。

グラフ２５４は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号２４６ａ、２４６ｂを表す。フィルタ２２のノッチは、周波数ｆ_ｃに選択される。グラフ２５４および信号２２６ａ、２２６ｂには、診断磁界信号だけが残っている。

明確にするために、図８Ａ、図８Ｃ、図８Ｅ、および図８Ｇのグラフから高調波成分が省略されていることを理解されたい。
診断動作モードの４つの例示的バージョンに対応する図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆは、様々な回路ブロック向けのクロック間の４つの例示的関係を示すことも理解されたい。他の実施形態では、他のクロックおよび他の相対的なクロックの関係が用いられ得る。

また、上記のスイッチング回路１０２、１０８によってホール効果素子の２相のチョッピングがもたらされることが示されている。しかし、他の実施形態では、４つの相または他の相のチョッピングが用いられ得る。

回路１６、１８、２０、２２、および２４は、第１の期間を通じて、測定磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号例えば１１８）を生成するように構成され、また、別の第２の期間を通じて、診断磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号（例えば１６４、２０７、２２７、２４７）を生成するように構成されている処理回路の一形態に対応する。第１の期間は、図７による通常動作モードが選択されている期間に対応する。別の第２の期間は、図８〜図８Ｇによる診断動作モードが選択されている期間に対応する。

図９〜図９Ｂは、上記の図７、図８、図８Ｂ、および図８Ｄの診断コイル１２４、１２６を表す。
次に図９を参照すると、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、２つの診断コイル１２４、１２６は、２つのホール効果素子１０４と１０６の間に延びる１つの導体２６０から成り得る。導体２６０によって矢印の方向に搬送される電流は、２つのホール効果素子１０４、１０６が図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されるとき望まれるように、ページに対して出入りする、２つのホール効果素子１０４、１０６のそれぞれにおいて反対方向の磁界２６０ａを発生する傾向があることが理解されよう。

次に図９Ａを参照すると、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、２つの診断コイル１２４、１２６は、２つのホール効果素子１０４と１０６のまわりおよび間に延びる１つの導体２６２から成り得る。導体２６２によって矢印の方向に搬送される電流は、２つのホール効果素子１０４、１０６が図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されるとき望まれるように、ホール効果素子１０４においてページに入る磁界２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを発生する傾向があって、ホール効果素子１０６においてページから出る磁界２６２ｄ、２６２ｅ、２６２ｆを発生する傾向があり、すなわち、２つのホール効果素子１０４、１０６のそれぞれにおいて反対方向に磁界を発生する傾向があることが理解されよう。

次に図９Ｂを参照すると、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、２つの診断コイル１２４、１２６は、２つのホール効果素子１０４と１０６のまわりおよび間に延びる、２つのホール効果素子１０４、１０６に対して反対方向に巻かれた２つの結合されたコイル２６４、２６６から成り得る。コイル２６４によって矢印の方向に搬送される電流は、ホール効果素子１０４においてページに入る磁界を発生する傾向があることが理解されよう。コイル２６６によって矢印の方向に搬送される電流は、２つのホール効果素子１０４、１０６が図６および図６Ａの診断モードの構成に結合されるとき望まれるように、ホール効果素子１０６においてページから出る磁界、すなわち２つのホール効果素子１０４、１０６のそれぞれにおいて反対方向の磁界を発生する傾向があることが理解されよう。

次に図１０〜図１０Ｂを参照すると、同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁気抵抗素子２８４、２８６が、直列回路２８０の中、並列回路３００の中、および反対方向の回路３２０の中に示されている。回路２８０および３００がそれぞれの出力信号２８８ａ、３０８ａを発生し、出力信号２８８ａ、３０８ａは、図５のホール効果素子の通常モードの構成と同様に、外部磁界に応答するが、磁気抵抗素子２８４、２８６によって別々の方向に経験される診断磁界には応答しないことが理解されよう。回路３２０が出力信号３３０ａを発生し、出力信号３３０ａは、図６および図６Ａのホール効果素子の診断モードの構成と同様に、磁気抵抗素子２８４、２８６によって別々の方向に経験される診断磁界に応答するが、外部磁界には応答しないことが理解されよう。

図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのホール効果素子１０４、１０６は磁気抵抗素子で置換され得るが、スイッチング回路１０２、１０８に対する変更またはスイッチング回路１０２、１０８の除去を伴うことがさらに理解されよう。

次に図１１を参照して、ほとんどのタイプの磁気抵抗素子が、それらの下にある基板に対して平行な最大応答軸を有するので、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの２つの診断コイル１２４、１２６と同等の診断コイルは、別々に配置されなければならない。いくつかの実施形態では、コイル１２４、１２６は、２つの磁気抵抗素子３４０、３４２の頂部または下に配置された導体３４４から成り得る。磁界３４４ａ、３４４ｂは、反対方向であって、磁気抵抗素子３４０、３４２の面に対して平行になる傾向がある。

次に図１１Ａを参照すると、図１１のものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの２つの診断コイル１２４、１２６は、磁気抵抗素子３４０、３４２の最大応答軸に対して平行な磁界３４６ａ、３４８ａを反対方向に発生するようにそれぞれが構成されたコイル３４６、３４８から成り得る。

図１２〜図１２Ｄは、様々な集積回路の構成を示す。理解しやすいように、これらの図には１つの磁界検知素子および１つの診断コイル（または導体）だけが示されている。しかし、当業者なら、２つの磁界検知素子および２つの診断コイルを有する集積回路を製作する方法を理解するであろう。図１２〜図１２Ｄの磁界センサのうちのいくつかが、電磁シールドを有して示されていることが理解されよう。しかし、他の実施形態では、電磁シールドが省略されている。同様に、電磁シールドなしで示されている図１２〜図１２Ｄの磁界センサは、他のいくつかの実施形態では電磁シールドを有することができる。

次に図１２を参照して、磁界センサ３７０の一部分の断面が、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの２つのホール効果素子１０４、１０６のうちの１つおよび診断コイル１２４、１２６のうちの１つを表す。磁界センサ３７０は、面３８２ａを有する基板３８２によって支持された磁界検知素子３９２を含む。磁界検知素子３９２は、ホール効果素子の製造に関して知られているように、基板３８２の面３８２ａの中へ浸透させられるか、または面３８２ａの中および面３８２ａの下へ拡散され得る。磁界検知素子３９２は、一般に、基板３８２の面３８２ａに対して全体的に垂直な最大応答軸３９６を有することができる。

磁界センサ３７０は、絶縁層３７６、３７８、３８０によって分離された金属層３８４、３８６、３８８を含むことができる。絶縁層３７６と金属層３８４の間に他の金属層および絶縁層（図示せず）が配置され得る。電磁シールド３７２が、別の絶縁層３７４の上に配置され得る。

部分３９４ａ〜３９４ｃは、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの診断コイル１２４、１２６のうちの１つなどの診断コイルを表す。部分３９４ａ〜３９４ｃは、ここでは別々の金属層３８４、３８６、３８８の上に配置され、バイア３９０ａ、３９０ｂで結合されて１つの連続したセルフテスト導体を形成することができる。セルフテスト導体３９４ａ〜３９４ｃによって搬送されるセルフテスト電流は、最大応答軸３９６に沿ってセルフテスト磁界を形成する傾向がある。

次に図１２Ａを参照すると、図１２のものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ４００は、図１２の磁界センサ３７０のすべての層および図１２の磁界検知素子３９２も含むことができるが、図１２のセルフテスト導体３９４ａ〜３９４ｃは連続した外部コイルのセルフテスト導体４０２で置換され得て、セルフテスト導体４０２は、いくつかの実施形態では、回路基板４０４上に配置され得る。外部セルフテスト導体４０２は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの診断コイル１２４、１２６のうちの１つを表す。回路基板４０４の１つの金属層上に示されたセルフテスト導体４０２は、代わりに、回路基板４０４上に複数の金属層から形成され得る。セルフテスト導体４０２によって搬送されるセルフテスト電流は、最大応答軸３９６に沿ってセルフテスト磁界を形成する傾向がある。

次に図１２Ｂを参照すると、この図では、図１２および図１２Ａのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ４１０は、図１２の磁界センサ３７０および図１２Ａの磁界センサ４００のすべての層を含むことができるが、図１２Ａの外部セルフテスト導体４０２は、連続した外部コイルのセルフテスト導体４１４で置換され得る。さらに、図１２および図１２Ａの磁界検知素子３９２は、基板３８２（例えば磁気抵抗素子）の面３８２ａに対して全体的に平行な最大応答軸４１６を有する磁界検知素子４１２で置換され得る。外部セルフテスト導体４１４は、図１０〜図１０Ｂの磁気抵抗素子の機構がなければ、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの診断コイル１２４、１２６のうちの１つを表す。

磁界検知素子４１２は、磁気抵抗素子の製造に関して知られているように、基板３８２の面３８２ａの上または近くに配置されてよい。磁界検知素子３９２は、一般に、基板３８２の面３８２ａに対して全体的に平行な最大応答軸４１６を有することができる。セルフテスト導体４１４によって搬送されるセルフテスト電流は、最大応答軸４１６に沿ってセルフテスト磁界を形成する傾向がある。

次に図１２Ｃを参照すると、図１２〜図１２Ｂと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ４２０は、図１２の磁界センサ３７０、図１２Ａの磁界センサ４００、および図１２Ｂの磁界センサ４１０のすべての層、ならびに図１２Ｂの磁界検知素子４１２も含むことができるが、図１１から明らかなように、図１２Ｂの外部セルフテスト導体４１４は、内部の単一導体のセルフテスト導体４２２で置換され得る。セルフテスト導体４２２は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの診断コイルのうちの１つを表す。１つのセルフテスト導体４２２が示されているが、他の実施形態では、複数のセルフテスト導体が使用され得て、複数のセルフテスト導体は、最大応答軸４１６と全体的に整列された複数のセルフテスト導体から生じる磁界を磁界検知素子４１２に供給するように構成される。

セルフテスト導体４２２によって搬送されるセルフテスト電流は、最大応答軸４１６に沿ってセルフテスト磁界を形成する傾向がある。
次に図１２Ｄを参照すると、図１２〜図１２Ｃと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、磁界センサ４３０は、図１２の磁界センサ３７０、図１２Ａの磁界センサ４００、図１２Ｂの磁界センサ４１０、および図１２Ｃの磁界センサ４２０のすべての層を含むことができるが、図１２Ｃの内部セルフテスト導体４２２は外部の単一導体のセルフテスト導体４３２で置換され得て、セルフテスト導体４３２は、いくつかの実施形態では、回路基板４３４上に配置され得る。セルフテスト導体４３２は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの診断コイルのうちの１つを表す。１つのセルフテスト導体４３２が示されているが、他の実施形態では、複数のセルフテスト導体が使用され得て、複数のセルフテスト導体は、最大応答軸４１６と全体的に整列された複数のセルフテスト導体から生じる磁界を磁界検知素子４１２に供給するように構成される。

セルフテスト導体４３２によって搬送されるセルフテスト電流は、最大応答軸４１６に沿ってセルフテスト磁界を形成する傾向がある。
図１２〜図１２Ｄは、図７図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサに関連した様々な代替実施形態を示しているが、示された構成の組合せを含むものの、それらに限定されない他の多くの可能な構成もあることが理解されよう。

図１２〜図１２Ｄは、磁界センサ３７０、４００、４１０、４２０、４３０の一部分を表しているが、磁界検知素子およびセルフテスト電流の導体は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの他の一部分と同一基板上に、または他の実施形態では、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサのその他の部分とは別の第２の基板上に配置され得ることを理解されたい。

次に図１２Ｅを参照すると、磁界センサ４４４は、ここではパッケージ４４２に入れられており、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサと同一または類似のものであり得る。磁界センサ４４４は、リード４４６を有するリードフレームに結合され得る。リード４４６は、回路基板４５０に電気的に結合され得る。磁界センサ４４４は、例えば強磁性物体である磁界源４４０の接近によって生成され得る磁界など、磁界センサ４４４の主要面に対して垂直な磁界４４８に応答することができる。

次に図１２Ｆを参照すると、磁界センサ４５６は、ここではパッケージ４５４に入れられており、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサと同一または類似のものであり得る。磁界センサ４５６は、リード４６０ａ、４６０ｂを代表とするリードを有するリードフレームに結合され得る。例えば４６０ａ、４６０ｂといったリードは、回路基板４６６に電気的に結合され得る。磁界センサ４５６は、例えば強磁性物体である磁界源（または磁束源）４５２の接近によって生成され得る磁界など、磁界センサ４５６の主要面に対して平行な磁界４６４に応答することができる。

いくつかの代替実施形態では、リードは、リード４６０ａ、４６０ｂを別の部分とするリードフレームの一部分として形成され得る、測定される導体４５８と結合され得ることも示される。測定される導体４５８によって搬送される測定される電流は、同電流の方向次第で、ページに入るかまたはページから出る磁界４６２を形成する傾向がある。これらの機構に関して、磁界センサ４５６は電流センサであり得て、磁界センサ４５６は、磁界４６４ではなく、代わりに磁界センサ４５６の主要面に対して（すなわち電流に対して）垂直な磁界４６２に応答することができる。

図１２Ｆには特定の集積回路パッケージ（例えばＳＩＰ）が示されているが、例えばＤＩＰ、フリップチップ、ＭＬＰのパッケージといった他の集積回路パッケージで同じ挙動が達成され得ることを理解されたい。これらのパッケージのいくつかを用いて、あるいは曲げて使うのであればＳＩＰパッケージを用いて、磁界センサ４５６は、回路基板４６６に対して平行な主要面を有して配置され得る。

次に図１２Ｇを参照すると、磁界センサ４７０は、ここではパッケージ４６８に入れられており、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサと同一または類似のものであり得る。磁界センサ４７０は、リード４７４を代表とするリードを有するリードフレームに結合され得る。例えば４７４であるリードは、回路基板４７６に電気的に結合され得る。磁界センサ４７０は、パッケージ４６８内の磁界源４７２の接近によって発生した磁界に応答することができる。例えば、磁界源４７２は、図１２Ｆの測定される電流の導体４５８に類似の測定される電流の導体であり得る。

次に図１３を参照すると、例示的電磁シールド８００は、図１２の電磁シールド３７２と同一または類似のものであり得る。電磁シールド８００は、全体的に、図１２の磁界検知素子３９２と同一または類似のものであり得る磁界検知素子８１６の上に設置される。電磁シールド８００は、細長い孔８０６によって分離された第１の部分８０２および第２の部分８０４を含む。第１の部分８０２および第２の部分８０４は、導電性領域８０８と結合される。ボンディングパッド８１０は、電磁シールド８００が、直流電圧、例えばアース電圧に結合されることを可能にする。

電磁シールド８００は、磁界センサ、例えば図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆの磁界センサの製造中に、金属層から形成され得る。金属層は、例えばアルミニウム、銅、金、チタン、タングステン、クロム、ニッケルといった様々な材料から成り得る。ニッケル層は、特に電磁シールドが細長い孔または溝を有する場合、磁束の集中がホールプレートから離れすぎないように、薄くなければならないことになる。

電磁シールドは、磁気シールドと同一ではないことが理解されよう。電磁シールドは、電磁界を阻止するように意図される。磁気シールドは、磁界を阻止するように意図される。

交流磁界（例えば電流搬送導体を取り巻く磁界）の存在下では、電磁シールド８００内に交流渦電流８１２、８１４が誘起され得ることが理解されよう。渦電流８１２、８１４は、示されるような閉ループを形成する。閉ループ渦電流８１２、８１４は、渦電流８１２、８１４を誘起する磁界より小さな磁界を、電磁シールド８００に近接してもたらす傾向がある。したがって、電磁シールド８００が、磁界検知素子、例えば図１２の磁界検知素子３９２の近くに設置されると、磁界検知素子３９２は、そうでない場合より小さな磁界を経験し、より低感度の磁界センサをもたらすことになり、これは、一般に望ましくないことである。さらに、渦電流に関連した磁界が磁界検知素子３９２のまわりで不均一または非対称であると、磁界検知素子３９２が、望ましくないオフセット電圧も発生する可能性がある。

細長い孔８０６は、渦電流８１２、８１４が伝わる閉ループのサイズ（すなわち直径または経路の長さ）を縮小する傾向がある。渦電流８１２、８１４が伝わる閉ループのサイズが縮小されると、渦電流８１２、８１４がより小さくなり、渦電流を誘起する交流磁界に対する局所的影響がより小さくなることが理解されよう。したがって、渦電流がより小さくなることにより、磁界検知素子８１６と電磁シールド８００とが使用される磁界センサの感度への影響が、より小さくなる。

さらに、細長い孔８０６が磁界検知素子８１６の上を通るように、電磁シールド８００を、磁界検知素子８１６に対して、示されるように設置することにより、渦電流８１２、８１４のいずれに関連した磁界も、磁界検知素子８１６を２つの方向に通過する磁界を形成する傾向があり、磁界検知素子８１６の領域の少なくとも一部分にわたって相殺することが理解されよう。

次に図１４を参照すると、別の例示的電磁シールド８５０は、図１２の電磁シールド３７２と同一または類似のものであり得る。電磁シールド８５０は、４つの細長い孔８６０〜８６６によって分離された４つの部分８５２〜８５８を含む。４つの部分８５２〜８５８は、導電性領域８７６と結合される。ボンディングパッド８７８は、電磁シールド８５０が、直流電圧、例えばアース電圧に結合されることを可能にする。

磁界の存在下では、電磁シールド８５０内に渦電流８６８〜８７４が誘起され得ることが理解されよう。４つの細長い孔８６０〜８６６により、閉ループ渦電流８６６〜８７４のサイズ（すなわち直径または経路の長さ）は、図１１の閉ループ渦電流８１２、８１４のサイズより小さくなる傾向があることが理解されよう。渦電流８６８〜８７４が伝わる閉ループのサイズが縮小されると、渦電流８６８〜８７４がより小さくなり、渦電流を誘起する交流磁界に対する局所的影響が、図１３の電磁シールド８００に由来するものより小さくなることが理解されよう。したがって、渦電流８６８〜８７４がより小さくなることにより、磁界検知素子８８０と電磁シールド８５０とが使用される磁界センサの感度への影響は、図１３の電磁シールド８００を使用する電流センサの感度への影響より小さくなる。

さらに、細長い孔８６０〜８６６が磁界検知素子８８０の上を通るように、電磁シールド８５０を、磁界検知素子８８０に対して、示されるように設置することにより、渦電流８６８〜８７４のいずれに関連した磁界も、磁界検知素子８８０を２つの方向に通過する磁界を形成する傾向があり、磁界検知素子８８０の領域の少なくとも一部分にわたって相殺することが理解されよう。

次に図１５を参照すると、別の例示的電磁シールド９００は、図１２の電磁シールド３７２と同一または類似のものであり得る。電磁シールド９００は、部材９０２ａが唯一の実例である互いに組み合わされた部材を有するシールド部分９０２を含む。互いに組み合わされた部材が、導体部分９０４によってボンディングパッド９０６に結合されることにより、電磁シールド９００が、直流電圧、例えばアース電圧に結合されることが可能になる。

電磁シールド９００が、図１４の電磁シールド８５０または図１３の電磁シールド８００よりはるかに小さなサイズ（すなわち経路の長さの直径）を有する渦電流を維持することができることが理解されよう。したがって、電磁シールド９００は、磁界センサの感度に対する悪影響が前述のものよりさらに小さくなる傾向がある。

次に図１６を参照すると、電磁シールド９５０は、図１２の電磁シールド３７２と同一または類似のものであり得る。電磁シールド９５０は、部材９５２ａが唯一の実例である複数の部材を有するシールド部分９５２を含む。これらの部材が、導体部分９５４によってボンディングパッド９５６に結合されることにより、電磁シールド９５０が、直流電圧、例えばアース電圧に結合されることが可能になる。上記の議論から、電磁シールド９５０の利点が明らかであろう。

渦電流を低減する特徴を有するシールドが上記で説明されているが、図１２、図１２Ａ、図１２Ｃ、および図１２Ｄのシールド３７２に渦電流を低減する特徴を与えないことも可能である。

次に図１７を参照すると、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのものと同じ要素は同じ参照記号を有して示されており、スイッチＳ１〜Ｓ８は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのスイッチング回路１０２に対応し得る。作動中、スイッチＳ１〜Ｓ４は、印加された電流の方向を２つのホール効果素子１０４、１０６へスイッチングすることができ、図２のスイッチ６０ａ〜６０ｄまたは図３のスイッチ８０ａ〜８０ｄによってもたらされるのと同等の第１の信号の変調をもたらす。作動中、スイッチＳ５〜Ｓ８は、各スイッチＳ５〜Ｓ８に対して入力ノードの特定のものを選択することにより、ホール効果素子１０４、１０６を通常動作モードまたは診断動作モードに接続する機能と、また、いくつかの実施形態において、入力ノードの特定のものと各スイッチＳ５〜Ｓ８の間でスイッチングすることにより、２つのホール効果素子１０４、１０６からの信号を変調（または復調）する機能との２つを遂行する。スイッチＳ５〜Ｓ８の再接続およびスイッチングは、以下で図１８とともにより十分に説明され、４つの前述の診断動作モードのそれぞれに関して異なる。

スイッチＳ５〜Ｓ８の通常動作モードまたは診断動作モードへの接続（ならびにスイッチＳ１〜Ｓ４の動作）は、上記で図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのスイッチング回路１０２の中で表されている。しかし、明確にするために、スイッチＳ５〜Ｓ８の変調機能は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、および図８Ｆのスイッチング回路１０８によって別個に表されている。２つのスイッチング回路１０２、１０８は、２つのスイッチング回路１０２、１０８として示されているが、図１７に示されるような１つのスイッチング回路であり得ることが理解されよう。しかし、他の機構では、上記でスイッチＳ５〜Ｓ８とともに説明された２つの機能は、２つの別々のスイッチの組によって遂行され得る。

回路１０００は、前述の通常モードの構成と、前述の４つの診断モードの構成とをもたらし、また、前述のスイッチング回路１０２、１０８のクロッキング機能または非クロッキング機能、すなわち、通常動作モードならびに第１バージョンの診断動作モード、第２バージョンの診断動作モード、第３バージョンの診断動作モード、および第４バージョンの診断動作モード用の機能も可能にする。

差動出力信号Ｖ＋、Ｖ−は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、または図８Ｆのスイッチング回路１０８からの出力信号を表し、この出力信号は、図７、図８、図８Ｂ、図８Ｄ、または図８Ｆの磁界センサのそれぞれに対して異なるものである。別々の出力信号は、スイッチ位置および以下で図１８とともに論じられるスイッチのクロッキングによって決定される。

次に図１８を参照すると、図１７のスイッチＳ１〜Ｓ８が示されており、表は、通常動作モード、ならびに第１バージョンの診断動作モード、第２バージョンの診断動作モード、第３バージョンの診断動作モード、および第４バージョンの診断動作モード向けのスイッチ位置を表す。「状態」とラベルを付けられた列は、これらのスイッチが、クロック信号の２つの相を通じて、上記で図７〜図８Ｇとともに説明された相対的周波数を有するクロック信号に対してどのように変化するかを表す。

次に図１９および図１９Ａを参照すると、回路は、通常動作モードで動作するときの２つの相（すなわち、図７のスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

次に図２０および図２０Ａを参照すると、回路は、一般的に診断動作モードで動作している図７の回路１００の２つの相（すなわち、図７のスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向）向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

次に図２１および図２１Ａを参照すると、回路は、第１バージョンの診断動作モードで動作している図８の回路１５０の２つの相（すなわち、図８のスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向）向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

次に図２２および図２２Ａを参照すると、回路は、第２バージョンの診断動作モードで動作している図８Ｂの回路２００の２つの相（すなわち、図８Ｂのスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向）向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

次に図２３および図２３Ａを参照すると、回路は、第３バージョンの診断動作モードで動作している図８Ｄの回路２２０の２つの相（すなわち、図８Ｄのスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向）向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

次に図２４および図２４Ａを参照すると、回路は、第４バージョンの診断動作モードで動作している図８Ｆの回路２４０の２つの相（すなわち、図８Ｆのスイッチング回路１０２によってもたらされる２つの駆動方向）向けのスイッチ位置（図１７）および相対的クロック周波数を示す。

本明細書に引用されたすべての参考文献は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、それらの概念を組み込む他の実施形態が用いられ得ることが、ここで当業者には明らかであろう。したがって、これらの実施形態は、開示された実施形態に限定されるべきでなく、むしろ添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲によってのみ限定されるべきであると考えられる。

Claims (25)

1. 磁界センサであって、
   少なくとも２つの磁界検知素子と、
   前記少なくとも２つの磁界検知素子に結合されたスイッチング回路であって、前記磁界センサが通常動作モードにあるとき、前記少なくとも２つの磁界検知素子を通常モードの構成へと結合し、前記磁界センサが診断動作モードにあるとき、前記少なくとも２つの磁界検知素子を診断モードの構成へと結合するように構成されたスイッチング回路とを備え、前記少なくとも２つの磁界検知素子は、
   前記通常モードの構成に結合されたとき、測定される磁界に応答する測定磁界応答信号部分、および
   前記診断モードの構成に結合されたとき、診断磁界に応答する診断磁界応答信号部分を含む磁界信号を発生するように構成される、
   磁界センサ。
2. 前記スイッチング回路は、前記少なくとも２つの磁界検知素子を、前記診断モードの構成に結合されたとき磁界に対して反対の応答を有するように結合するように構成される、請求項１に記載の磁界センサ。
3. それぞれが前記少なくとも２つの磁界検知素子に近接した少なくとも２つの診断導体部分を備える診断回路であって、前記少なくとも２つの診断導体部分は、前記診断磁界を発生するための電流を搬送するように構成され、前記診断磁界が、反対方向に向けられたそれぞれの磁界方向を有する少なくとも２つの診断磁界部分を含む診断回路をさらに備える、請求項１に記載の磁界センサ。
4. 前記少なくとも２つの磁界検知素子は、基板によって支持され、前記少なくとも２つの診断導体部分が、前記基板によって支持されて前記磁界検知素子に近接している導体を備える、請求項３に記載の磁界センサ。
5. 前記少なくとも２つの診断導体部分は、前記基板によって支持された複数の金属層に及ぶ、請求項４に記載の磁界センサ。
6. 前記少なくとも２つの診断導体部分は、前記基板から分離されているが前記基板に近接した導体を備える、請求項４に記載の磁界センサ。
7. 前記少なくとも２つの磁界検知素子に近接した回路基板であって、前記少なくとも２つの診断導体部分が前記回路基板によって支持された導体を備える回路基板をさらに備える、請求項３に記載の磁界センサ。
8. 前記少なくとも２つの診断導体部分が、前記回路基板によって支持された複数の金属層に及ぶ、前記回路基板によって支持されたコイルを備える、請求項７に記載の磁界センサ。
9. 前記少なくとも２つの磁界検知素子が前記通常モードの構成に結合されるとき、前記測定磁界応答信号部分を表す信号を受け取るように結合され、前記少なくとも２つの磁界検知素子が前記診断モードの構成に結合されるとき、前記診断磁界応答信号部分を表す信号を受け取るように結合される処理回路であって、第１の期間を通じて、前記測定磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号を生成し、別の第２の期間を通じて、前記診断磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号を生成するように構成された処理回路をさらに備える、請求項３に記載の磁界センサ。
10. 前記診断回路は、
    セルフテスト電流パルスが発生する出力ノードを有する定電流源回路であって、前記少なくとも２つの診断導体部分が、前記セルフテスト電流パルスを受け取るように結合されて、磁界パルスを有する前記診断磁界をもたらす定電流源回路をさらに備える、請求項３に記載の磁界センサ。
11. 前記少なくとも２つの診断導体部分に近接した電磁シールドをさらに備える請求項３に記載の磁界センサ。
12. 前記電磁シールドは、前記電磁シールドが交流磁界にさらされたとき前記電磁シールドの渦電流を低減するように構成された少なくとも１つのフィーチャを備える、請求項１１に記載の磁界センサ。
13. 前記測定される磁界が、測定される電流の導体によって搬送される電流によって発生する、請求項３に記載の磁界センサ。
14. 複数のリードを備え、前記リードの少なくとも２つの結合が前記磁界センサに近接するリードフレームであって、前記測定される電流の導体が、前記リードの少なくとも２つの結合を備えるリードフレームをさらに備える、請求項３に記載の磁界センサ。
15. 前記少なくとも２つの磁界検知素子は、少なくとも２つのホール効果素子を備える、請求項３に記載の磁界センサ。
16. 前記少なくとも２つの磁界検知素子は、少なくとも２つの磁気抵抗素子を備える、請求項３に記載の磁界センサ。
17. 前記スイッチング回路は、クロック信号に応答してスイッチングして、前記測定磁界応答信号部分または前記診断磁界応答信号部分のうち少なくとも１つの周波数シフトをもたらすように構成される、請求項１に記載の磁界センサ。
18. 磁界センサのセルフテストを生成する方法であって、
    前記磁界センサが通常動作モードにあるとき、少なくとも２つの磁界検知素子を通常モードの構成に結合するステップと、
    前記磁界センサが診断動作モードにあるとき、前記少なくとも２つの磁界検知素子を診断モードの構成に結合するステップとを含み、前記少なくとも２つの磁界検知素子は、
    前記通常モードの構成に結合されたとき、測定される磁界に応答する測定磁界応答信号部分、および
    前記診断モードの構成に結合されたとき、診断磁界に応答する診断磁界応答信号部分を含む磁界信号を発生するように構成される方法。
19. 前記少なくとも２つの磁界検知素子を前記診断モードの構成へと結合する前記ステップは、前記少なくとも２つの磁界検知素子を磁界に対して反対の応答を有するように結合するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. それぞれが前記少なくとも２つの磁界検知素子に近接した少なくとも２つの診断導体部分を備える診断回路内に電流を発生するステップであって、前記少なくとも２つの診断導体部分が、前記診断磁界を発生するための前記電流を搬送するように構成され、前記診断磁界が、反対方向に向けられたそれぞれの磁界方向を有する少なくとも２つの診断磁界部分を含むステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記少なくとも２つの結合された磁界検知素子が基板によって支持され、前記少なくとも２つの診断導体部分は、前記基板によって支持されて前記少なくとも２つの磁界検知素子に近接している導体を備える、請求項２０に記載の方法。
22. 前記少なくとも２つの診断導体部分は、前記基板によって支持された複数の金属層に及ぶ、前記基板によって支持されたコイルを備える、請求項２１に記載の方法。
23. 前記測定磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号を発生するステップと、
    前記診断磁界応答信号部分を表すセンサ出力信号を発生するステップとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
24. 前記少なくとも２つの診断導体部分を電磁シールドするステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
25. 前記電磁シールドが交流磁界にさらされたとき前記電磁シールドの渦電流を低減するように構成された電磁シールドを設けるステップをさらに含む、請求項２４に記載の磁界センサ。

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