JP2970615B2 - 磁界検出器 - Google Patents
磁界検出器Info
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Description
り、特に、シールディッドループ磁界検出器をベースと
した磁界検出器に関する。
よる磁界を測定するための磁界検出器が種々提案されて
いる。例えば、文献1「1973年7月、IEEE・トラン
ザクションズ・オン・アンテナ・アンド・プロパゲーシ
ョン、第AP−21巻、第4号、446−461頁、米国(IEEE T
RANSACTIONS ON ANTENNA AND PROPAGATION, VOL. AP-2
1, NO.4, p.446-461, JULY,1973)」に示されるセミリ
ジッド同軸線路を加工したシールデッドループ磁界検出
器がある。この文献に示された磁界検出器のように、測
定された磁界よりアンペールの法則を用いて電流を求め
るものが一般的に用いられている。ここで、かかる磁界
検出器の出力は磁界に応じた電圧であり、磁界検出器の
出力電圧と配線電流による磁界との間の変換係数は予め
求められている。
路51をループ形状にしたものである。ループの右半分
は、同軸線路51をそのまま曲げて形成してある。同軸
線路51の先端はループの下端部に位置し、中心導体5
3のみが剥き出した格好になっている。このため、ルー
プの下端部では、空隙14が設けられた格好になってい
る。また、ループの左半分は、同軸線路51の中心導体
53と外部導体とを短絡する導体52により構成されて
いる。導体52の同軸線路51からの分岐点には、終端
抵抗が設けられ無反射終端とされているものもある。
電流による磁界を測定する場合、磁界検出器をそのルー
プ面と被測定配線54とを平行にして被測定配線54の
直上に配置する。このとき、ループ面を貫く磁束に応じ
て磁界検出器から電圧信号が出力される。
トランザクションズ・ オン・マグネティック、第32
巻、第5号、4941-4943頁、米国(IEEE TRANSACTIONS ON
MAGNETICS, VOL. 32, NO.5, p.4941-4943, SEPTEMBER,
1996)」には、基板のエッチングにより作製された、
平面回路からなる磁界検出器も示されている。
来例にあっては、被測定配線のごく近傍に隣接配線が存
在する場合、被測定配線及び隣接配線による磁界が合成
されて検出される。このため、被測定配線のみの磁界を
測定するには、シールデッドループ磁界検出器をできる
限り小型化し、被測定配線にできるだけ接近させて使用
する必要がある。ところが、電子機器等に用いられるプ
リント基板上の配線を例に取ると、配線ピッチは0.1mm
オーダーと微細である。このため、この大きさに対応で
きるような検出器を作ろうとしても、同軸線路を曲げる
ことによる機械的強度や同軸線路の径(1mm程度)がル
ープ径を小さくする阻害要因となっていた。また、工作
は主に手作業で行われるため、小型化につれて工作が困
難となり、さらに工作精度も悪化するという不都合があ
った。
チングにより作製されるため小型化が可能である。しか
し、磁界検出器単体で測定器と接続することが困難なた
め、磁界検出器を取り囲んで固定する他の治具を組み合
わせなければ使用することができないという不都合があ
った。
を改善し、特に、検出器自体の小型化を可能とすること
で、磁界発生源が複数ある状況においても被測定磁界の
発生源に接近可能とし、他の磁界発生源の影響を防い
で、被測定磁界発生源の磁界のみを測定できる磁界検出
器を提供することを、その目的とする。また、同時に製
造も容易とし、同軸線路の検出器への接続も機械的かつ
電気的に強固に接続できる磁界検出器を提供すること
を、その目的とする。
め、発明者は、エッチングやスパッタリングによって磁
界検出器のパターンを形成することで小型化を図り、ま
た、多層基板構造としてヴィアホールを利用することに
より、測定器との接続部を設けた層に検出信号を導くこ
とで、課題を解決することができると考えた。エッチン
グやスパッタリングによると、作製は人間の手が直接介
在することはほとんどなく、容易に高精度で小型の磁界
検出器が作製可能となる。また、層状の伝送線路が作製
可能なため、従来の磁界検出器の同軸線路をストリップ
線路で置き換える構造や、マイクロストリップ線路の信
号線とグランドに挟まれた誘電体基板部分を磁界検出の
ためのループとして扱う構造とすることで小型になり、
被測定磁界発生源に接近させることが出来ることを見い
だした。
2枚のグランド層で挟んだ多層基板からなり、信号層に
は、コ字状のパターンが形成されている。また、グラン
ド層には、コ字状のパターンを覆うように略ロ字状のパ
ターンが形成され、この略ロ字状のパターンには、コ字
状のパターンの一端部に対応する位置に空隙が設けら
れ、コ字状のパターンは空隙を過ぎた位置で略ロ字状の
パターンと接続されている。更に、コ字状のパターンの
他端部と中心導体が接続されると共に略ロ字状のパター
ンと外部導体が接続された信号出力用の同軸線路を設け
てなる、という構成を採っている。
層を重ねた多層基板からなり、信号層には、グランド層
と隣接しない面に直線状のパターンが形成され、この直
線状パターンの一端部及び他端部はヴィアホールを介し
グランド層を通して反対側に引き出されている。また、
その引き出された一端部が信号出力用の同軸線路の中心
導体に接続されると共に他端部がグランド層を介して同
軸線路の外部導体に接続されてなる、という構成を採っ
ている。
の形成面に絶縁膜を施した、という構成を採っている。
層を重ねた多層基板からなり、信号層には、グランド層
と隣接しない面に一端部と他端部とを有する略ロ字状の
パターンが形成されている。また、グランド層には、略
ロ字状のパターンと対応する位置のほぼ全面に面状パタ
ーンが施されている。更に、略ロ字状のパターンの一端
部を信号出力用の同軸線路の中心導体に接続すると共に
他端部をグランド層の面状パターンを介して同軸線路の
外部導体に接続してなる、という構成を採っている。
ーンをスパイラル状パターンとした、という構成を採っ
ている。
ンド層に、同軸線路を固定するための専用層を併設し
た、という構成を採っている。
ンの他端部に終端抵抗が設けられた、という構成を採っ
ている。
ないし全部を磁性体とした、という構成を採っている。
とするものである。
図2に基づいて説明する。
同軸線路をストリップ線路で置き換えた構造のストリッ
プ線路シールデッドループ磁界検出器である。その斜視
図を図1に示す。
線路シールデッドループ磁界検出器と同様である。本実
施形態において、磁界検出器10の本体をなす多層基板
は4層基板である。図1の1番手前の層から奥に向かっ
て、グランド層、信号層、グランド層、同軸線路固定用
の専用層(以下、固定層という)、の順に積層されてい
る。信号層は、2枚のグランド層に挟まれている。図2
に各層の平面図を示す。図2(a)〜(c)において、
斜線は基板の地の部分を示しており、それ以外の部分が
導体部分を示している。また、図2(a)及び図2
(b)は、図1の手前側から基板面を見た図であるが、
図2(c)は図1の奥側から基板面を見た図である。
グランド層1の平面図であり、図2(b)は、第2層を
なす信号層2の平面図である。信号層2には、ストリッ
プ導体によるコ字状のパターン13が形成されている。
また、グランド層1には、コ字状のパターン13を覆う
ように略ロ字状のパターン11が形成されている。この
略ロ字状のパターン11には、コ字状のパターン13の
一端部Aに対応する位置に空隙12が設けられ、コ字状
のパターン13は空隙12を過ぎた位置で略ロ字状のパ
ターン11と接続されている。この部分は、ヴィアホー
ルH1を通じて第1層、第2層及び第3層のすべてが電
気的に接続されている。
は、信号出力用の同軸線路4の中心導体と接続されてい
る。図2(c)は、固定層3の平面図を示すが、符号1
4は、同軸線路4を接続するためのコネクタを示してい
る。同軸線路4の中心導体とコ字状のパターン13の他
端部Bとは、ヴィアホールH2を介して接続されてい
る。このため、ヴィアホールH2は、グランド層2にも
設けられているが、グランド層2において、ヴィアホー
ルH2と略ロ字状のパターン11とは接続されていな
い。一方、同軸線路4の外部導体は、ヴィアホールH3
を介して第1層及び第3層のグランド層1にある略ロ字
状のパターン11に接続されている。ここで、固定層
3、即ち、同軸線路固定用の専用層には、測定器から延
ばされた同軸線路4を接続するコネクタ14と、これを
取り付けたパッドとが設けられている(図2(c))。
明する。
界を測定する場合、検出器の最下部の一辺5と被測定配
線6とが平行となるように磁界検出器10を配置し、か
つ検出器を被測定配線6の直上に配置する。すると、ル
ープ面7を貫く磁束に応じて同軸線路4から電圧が検出
される。
ープ面7を囲む方形ループを有しているが、被測定配線
6の長手方向に対応するループ面7の横幅は磁界検出の
分解能に影響しない。このため、ループ面積を大きくし
て感度をよくするために長くすることが望ましい。ま
た、ループ面7の縦幅は磁界検出の分解能を高くするた
めに短くすることが望ましい。
ングやスパッタリングによって磁界検出器のパターンを
形成することが可能なので小型化を図ることができる。
即ち、層状の伝送線路が作製可能なため、従来の磁界検
出器の同軸線路によるループをストリップ線路に置き換
えることで小型となり、被測定磁界発生源に接近させる
ことが出来る。この結果、磁界発生源が複数ある状況に
おいても被測定磁界の発生源に接近可能とし、他の磁界
発生源の影響を防いで、被測定磁界発生源の磁界のみを
測定できる。
と、作製に人間の手が直接介在することはほとんどな
く、容易に高精度で小型の磁界検出器が作製可能とな
る。更に、信号出力用の同軸線路を接続する専用層を設
けたので、同軸線路の検出器への接続を機械的かつ電気
的に強固に接続できるようになる。
は、無反射終端を形成する終端抵抗が接続されていても
よい。
形態を図3乃至図5に基づいて説明する。上記実施形態
と同一部分は同一符号を付して重複説明を省略する。
れた磁界検出器20の斜視図である。検出器の本体は、
信号層とグランド層を重ねた多層基板から構成されてい
る。用いられた基板は4層基板である。各層の平面図を
図4(a)〜(d)にそれぞれ示す。また、図3におけ
るX−X断面図を図5に示す。図3の1番下の層から第
1信号層21(図4(a))、グランド層22(図4
(b))、第2信号層23(図4(c))、固定層24
(図4(d))、の順に積層されている。図4(a)〜
図4(c)は、図3の下側から見た基板面を示してい
る。一方、図4(d)は、図3の上側から見た基板面を
示している。
接しない面に直線状のパターン25が形成され、この直
線状パターン25の一端部A及び他端部Bはヴィアホー
ルH4,H5を介しグランド層22を通して反対側に引
き出されている。また、その引き出された一端部Aが信
号出力用の同軸線路4の中心導体に接続されると共に他
端部Bがグランド層22を通じて同軸線路4の外部導体
に接続されている。各層間の接続は、ヴィアホールH
4,H5,H6,H7を通じて行われている。直線状パ
ターン25及びヴィアホールH4,H5,H6,H7を
通じた配線は、マイクロストリップ線路をなし、グラン
ド層22は、このマイクロストリップ線路のグランドと
なる。
1は被測定配線6に近接させる必要があり、表面に不要
な凸部がないことが望ましい。そこで、第1信号層21
に形成するパターンは、上述した直線状パターン25の
みとし、また、直線状のパターン25が被測定線路6と
直接接触しないように表面を絶縁膜(レジスト)で覆っ
た構造となっている。
線路の信号線とコネクタ21からの信号線を接続するパ
ッドが設けられている。このパッドにおいて信号線は半
田26により接続される。このため、第1信号層21と
グランド層22には、このパッドが外部に露出する穴2
7が設けられている。
を接続するコネクタ14と、終端器としてのチップ抵抗
28が取り付けられている。同軸線路4は、信号出力先
の測定器に接続されている。また、チップ抵抗28は、
パッドを介してストリップ線路の他端部に装備されてい
る。
電流が作る磁界を測定する場合、検出器の第1信号層2
1を被測定配線6がある面と平行にし、直線状パターン
25が被測定配線6の直上にくるように配置する。そし
て、被測定配線6の電流による磁束が、ループ面29を
貫くと、それに応じた電圧が検出器から出力される。
リップ線路により三方を囲まれた部分)を構成するスト
リップ線路の長さは分解能に影響がないため、ループ面
積を大きくして感度をよくするために長くすることが望
ましい。一方、誘電体基板30は分解能が得られるよう
に薄くすることが望ましい。
作用効果を得ることができるほか、磁界検出器本体の更
なる小型化を実現することができる。
形態を図6及び図7に基づいて説明する。
0の斜視図である。マイクロストリップ線路でループを
形成した構造の磁界検出器となっている。検出器本体
は、信号層とグランド層を重ねた多層基板からなる。本
実施形態で用いる基板は3層基板である。各層の平面図
を図7(a)〜(c)にそれぞれ示す。図6の1番手前
から、信号層(図7(a))、グランド層(図7
(b))、固定層(図7(c))の順で積層されてい
る。図7(a)及び図7(b)は図6の手前側から見た
図であり、図7(c)は図6の奥側から見た図である。
面に一端部Aと他端部Bとを有する略ロ字状のパターン
44が形成されている。
ターン44と対応する位置のほぼ全面に面状パターン4
5が施されている。略ロ字状のパターン44の一端部A
は、信号出力用の同軸線路4の中心導体に接続されてい
る。また、他端部Bは、グランド層42の面状パターン
45を介して同軸線路4の外部導体に接続されている。
接続は、ヴィアホールH8〜H10を介して行われてい
る。信号層41では、ロ字状のパターン44とコネクタ
14からの信号線が半田により接続されている。符号2
8は終端抵抗を示す。
て配線電流6が作る磁界を測定する場合、検出器の最下
部の一辺46と被測定配線6を平行にし、検出器を被測
定配線6の直上に配置する。すると、ロ字状のループ面
47を貫いた磁束はグランド層42で曲げられる。この
結果、磁束は信号層41の基板の中を通ってストリップ
線路の周りを渦巻く。
解能に影響がないため、ループ面47を大きくして感度
をよくするために長くすることが望ましい。一方、ルー
プの鉛直方向の高さは高い検出分解能が得られるように
短くすることが望ましい。
作用効果を得ることができる。
9に基づいて説明する。
同軸線路シールデッドループ磁界検出器を用いて、被測
定配線が作る電流を測定した。この際、誘電体厚は0.1m
m、金属ストリップの幅は0.16mm、金属ストリップ厚は
0.035mm、特性インピーダンスは50Ωとした。
め、被測定配線の直上0.05mmの位置に各検出器を固定し
た場合の出力周波数特性である。検出器の固定は、所定
の固定治具を用いて行った。また、被測定マイクロスト
リップ線路の入力を0dB とした。符号61は第1実施形
態に基づくもの、符号62は第2実施形態に基づくも
の、符号63は、第3実施形態に基づくもの、符号64
は従来例に基づくもの、の結果を示している。いずれの
磁界検出器の出力も周波数に比例しており、磁界検出器
として機能している。
て、被測定配線から各磁界検出器のループ中心までの距
離を図12に示す。従来の同軸線路シールデッドループ
磁界検出器は小型化が困難なため距離を小さくするには
限界があるが、上記各実施形態の磁界検出器では従来例
に比して小型に作製できるため、より被測定配線への接
近が可能である。
ため、各実施形態に基づく磁界検出器と、従来の同軸線
路シールデッドループ磁界検出器とを用い、被測定マイ
クロストリップ線路の横方向磁界分布を測定した。その
結果を図9に示す。縦軸は最大値で規格化した磁界強度
である。この図9より、各磁界検出器による分布は異な
っているが、被測定線路の直上x=0 の位置に分布が集中
し、横方向に広がりが少ないほど隣接線路の影響を受け
にくいといえる。図9では、符号71が第1実施形態に
基づくもの、符号72が第2実施形態に基づくもの、符
号73が第3実施形態に基づくもの。符号74が従来例
に基づくもの、の結果を示している。いずれの磁界検出
器も従来の磁界検出器に比べ、最大磁界強度を与える位
置から最初の落ち込みまでの距離を半分以下に抑え、図
3のマイクロストリップ線路磁界検出器については、3
0%以下に抑えられることが確認された。
図6の略ロ字状のパターン44を図10に示すようなス
パイラル状パターンとしても良い。ループの巻き数を大
きくすることで、巻き数に応じて検出される磁界強度の
感度が良くなる。
層基板の一部ないし全部を磁性体としても良い。誘電体
基板を磁性体に置き換えることにより、効率良く磁界検
出器に磁界が集中し、磁性体の透磁率に応じて検出され
る磁界強度の感度が良くなる。
基板の一部ないし全部を磁性体としてもよい。この場
合、磁界を効率的に集中させることができ、検出感度を
向上することができる。
るので、これによると、磁界検出用のループを多層基板
上のマイクロストリップ線路により形成するので、同軸
線路自体の加工によらずエッチングやスパッタリングに
よる加工が可能であり、小型で工作精度の高い磁界検出
器を提供することができる。従って、磁界発生源が複数
ある場合には、磁界検出器単体を被測定磁界発生源に接
近させることができ、他の磁界発生源の影響を防いで、
被測定磁界発生源の磁界のみを測定できる。
層を設けた場合は、磁界検出器と同軸線路を機械的及び
電気的に強固に接続できる、という従来にない優れた磁
界検出器を提供することができる。
図であり、(a)がグランド層、(b)が信号層、
(c)が同軸線路の固定層を示す。
図であり、(a)が第1信号層、(b)がグランド層、
(c)が第2信号層、(d)が同軸線路の固定層を示
す。
図であり、(a)が信号層、(b)がグランド層、
(c)が固定層をそれぞれ示す。
す線図である。
力振幅の比較図である。
である。
用層) 4 同軸線路 6 被測定配線 10,20,40 磁界検出器 11,44 略ロ字状のパターン 12 空隙 13 コ字状のパターン 14 コネクタ 25 直線状のパターン 27 チップ抵抗(終端抵抗) 45 面状パターン H1〜H10 ヴィアホール
Claims (8)
- 【請求項1】 信号層を2枚のグランド層で挟んだ多層
基板からなり、 前記信号層には、コ字状のパターンが形成され、 前記グランド層には、前記コ字状のパターンを覆うよう
に略ロ字状のパターンが形成され、この略ロ字状のパタ
ーンには、前記コ字状のパターンの一端部に対応する位
置に空隙が設けられ、前記コ字状のパターンは前記空隙
を過ぎた位置で前記略ロ字状のパターンと接続され、 前記コ字状のパターンの他端部と中心導体が接続される
と共に前記略ロ字状のパターンと外部導体が接続された
信号出力用の同軸線路を設けてなる磁界検出器。 - 【請求項2】 信号層とグランド層を重ねた多層基板か
らなり、 前記信号層には、前記グランド層と隣接しない面に直線
状のパターンが形成され、この直線状パターンの一端部
及び他端部はヴィアホールを介し前記グランド層を通し
て反対側に引き出され、その引き出された一端部が信号
出力用の同軸線路の中心導体に接続されると共に他端部
が前記グランド層を介して前記同軸線路の外部導体に接
続されてなる磁界検出器。 - 【請求項3】 前記直線状パターンの形成面に絶縁膜を
施した請求項2記載の磁界検出器。 - 【請求項4】 信号層とグランド層を重ねた多層基板か
らなり、 前記信号層には、前記グランド層と隣接しない面に一端
部と他端部とを有する略ロ字状のパターンが形成され、 前記グランド層には、前記略ロ字状のパターンと対応す
る位置のほぼ全面に面状パターンが施され、 前記略ロ字状のパターンの一端部を信号出力用の同軸線
路の中心導体に接続すると共に他端部を前記グランド層
の面状パターンを介して前記同軸線路の外部導体に接続
してなる磁界検出器。 - 【請求項5】 前記略ロ字状のパターンをスパイラル状
パターンとした請求項4記載の磁界検出器。 - 【請求項6】 前記信号層及びグランド層に、前記同軸
線路を固定するための専用層を併設したことを特徴とす
る請求項1,2,3,4又は5記載の磁界検出器。 - 【請求項7】 前記信号層のパターンの他端部に終端抵
抗が設けられた請求項1,2,3,4又は5記載の磁界
検出器。 - 【請求項8】 前記多層基板の一部ないし全部を磁性体
とした請求項1,2,3,4又は5記載の磁界検出器。
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