JP4211074B2 - 磁気信号検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やコードレス電話やページャなどの移動体通信機器に利用される磁気信号検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の磁気信号検出装置は図８に示す構成となっていた。図８において、１１は第１の磁気抵抗、１２は第２の磁気抵抗、１３は第３の磁気抵抗、１４は第４の磁気抵抗、１５は第１の出力端子、１６は第２の出力端子、１７は電源端子、１８は接地端子、２０は演算増幅器、２６は信号出力端子であり、磁界の強さによって変化する第１の磁気抵抗１１、第２の磁気抵抗１２、第３の磁気抵抗１３、第４の磁気抵抗１４へ電源端子１７から流れる電流の変化により、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電圧を直接的に演算増幅器２０に入力し、磁気信号の検出を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来技術の構成では、演算増幅器へ外乱ノイズが入力した場合、あるいは演算増幅器の入力オフセット電圧が温度変動した場合、あるいは電源電圧を間欠動作させた場合、磁気信号検出装置が誤動作するという課題があった。この磁気信号検出装置においては、耐ノイズ特性の向上、演算増幅器の入力オフセット電圧依存性の削減、電源電圧の間欠動作時における安定動作が要求されている。
【０００４】
本発明は、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器で構成した差動型演算増幅回路の入力端子を、コンデンサを介して接地することにより、磁気信号検出装置のコモンモードノイズをキャンセルして耐ノイズ特性を向上させるとともに、高周波的に低インピーダンス化して演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止させ、電源電圧の間欠動作時に安定動作を実現させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明による磁気信号検出装置は、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地することを特徴とするものである。
【０００６】
これにより磁気信号検出装置のコモンモードノイズをキャンセルして耐ノイズ特性が向上するとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧変動による誤動作が防止でき、さらに高周波的に低インピーダンス化して電源電圧の間欠動作時に安定動作が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地したものであり、コモンモードノイズがキャンセルされ、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性を向上させるとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止し、高周波的に低インピーダンス化され、電源電圧の間欠動作時に誤動作のない安定動作が実現できるという作用を有する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗を同方向に配置し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗を同方向に配置し、前記第１の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の配置方向と前記第２の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の配置方向が直角になるように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置としたものであり、一定磁界に対し第１の出力端子と第２の出力端子の間の出力電圧を最大にするという作用を有する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有するように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置としたものであり、無磁界時に磁気信号検出装置がチャタリングするのを防止するという作用を有する。
【００１０】
本発明は、第１の演算増幅器の反転入力端子と第１の演算増幅器の出力端子の間に第１の固定抵抗を接続し、第２の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の出力端子の間に第２の固定抵抗を接続し、第１の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の反転入力端子の間に第３の固定抵抗を接続し、第１の固定抵抗と第２の固定抵抗は、同一の抵抗値を有し、第３の固定抵抗は、前記第１の固定抵抗と前記第２の固定抵抗より小さい抵抗値を有するように構成することにより、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器で構成した差動型演算増幅回路の正利得により、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性を向上させるという作用を有する。
【００１１】
本発明は、第１の演算増幅器の反転入力端子と第１の演算増幅器の出力端子の間に第１の固定抵抗を接続し、第２の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の出力端子の間に第２の固定抵抗を接続し、第１の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の反転入力端子の間に第３の固定抵抗を接続し、第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗と第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗で構成した抵抗ブリッジを磁気抵抗素子とし、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器と第３の演算増幅器と第１の固定抵抗と第２の固定抵抗と第３の固定抵抗で構成した回路ブロックを半導体集積装置とすることにより、磁気信号検出部分を単独で任意の場所に実装できるという作用を有する。
【００１２】
本発明は、磁気抵抗素子と前記半導体集積装置との接続を多層基板の内層配線で接続することにより、出力電圧に外乱ノイズが重畳するのを防ぐという作用を有する。
【００１３】
本発明は、前述の第１の演算増幅器と第２の演算増幅器と第３の演算増幅器と第１の固定抵抗と第２の固定抵抗と第３の固定抵抗で構成した半導体集積装置において、前記第１の演算増幅器の反転入力端子と前記第２の演算増幅器の反転入力端子との間に接地端子を設けることにより、第１の演算増幅器の非反転入力端子と第２の演算増幅器の非反転入力端子の分離特性を向上させ磁気信号検出装置の誤動作を防ぐという作用を有する。
【００１４】
本発明は、磁気抵抗素子の電源端子と半導体集積装置の電源は共通の電源経路から供給するように構成することにより、間欠動作時でも、同一のレギュレータから電源を供給できるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態による磁気信号検出装置を示す電気回路図である。第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４は、抵抗ブリッジ回路構成の磁気抵抗素子１９としており、第１の磁気抵抗１１と第４の磁気抵抗１４の接続点は電源端子１７とし、第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３の接続点は接地端子１８としている。また、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２の接続点を第１の出力端子１５とし、第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４を第２の出力端子１６としている。
【００１７】
電源端子１７より与えられる直流電圧により、磁気抵抗素子１９に電流が流れ、第１の出力端子１５には第１の磁気抵抗１１に流れる電流の電圧降下分の直流電圧が発生し、第２の出力端子１６には第４の磁気抵抗１４に流れる電流の電圧降下分の直流電圧が発生する。なお、磁気抵抗素子１９の電源端子１７と接地端子１８および第１の出力端子１５と第２の出力端子１６は、互いに対向するような配置であればよい。
【００１８】
そして、この状態において、第１の出力端子１５が第１の演算増幅器２１の非反転入力端子に接続されており、第２の出力端子１６が第２の演算増幅器２２の非反転入力端子に接続されている。このように第１の出力端子１５からの直流電圧信号を第１の演算増幅器２１で比較し、第２の出力端子１６からの直流電圧信号を第２の演算増幅器２２で比較することにより、差動型で回路を動作させることが可能となり、周囲の温度環境の変動により第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２の内部オフセット電圧が変化しても第１の出力端子１５からの直流電圧信号と第２の出力端子１６からの直流電圧信号が相対的に変化しないようにしている。
【００１９】
更に、第１の出力端子１５が第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子にコモンモードノイズが入力しても、第１の演算増幅器２１の出力端子及び第２の演算増幅器２２の出力端子の間で互いにコモンモードノイズがキャンセルされ、結果として耐ノイズ特性の向上が図られる。
【００２０】
第１の固定抵抗２３は、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第１の演算増幅器２１の出力端子の間に接続しており、第１の演算増幅器２１を非反転直流増幅させている。また、第２の固定抵抗２４は、第２の演算増幅器２２の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の出力端子の間に接続しており、第２の演算増幅器２２を非反転直流増幅させている。また、第３の固定抵抗２５は、第１の演算増幅器２１の反転入力端子と第２の演算増幅器２２の反転入力端子の間に接続しており、第１の演算増幅器２１の反転入力端子と第２の演算増幅器２２の反転入力端子の間の直流電位を共通にするために設けている。第３の演算増幅器２０は、第１の演算増幅器２１の直流電圧出力と第２の演算増幅器２２の直流電圧出力を比較するために設けており第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４で検出した磁気信号を最終的に判別するコンパレータとして動作させている。
【００２１】
なお、ここで、第１のコンデンサ２７を第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と接地間に接続している。このように、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子の入力インピーダンスを第１のコンデンサ２７で決定される周波数に対して高周波的に低インピーダンス化することにより、磁気信号検出の誤動作を防止し、電源端子１７を間欠動作（パルス的動作）させても、安定に動作させることが可能となる。
【００２２】
なお、第１のコンデンサ２７は、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子付近と接地間に接続することが望ましく、場合によっては、第２の演算増幅器２２の非反転入力端子付近と接地間に接続しても構わない。また、第１のコンデンサ２７を第１の演算増幅器２１の非反転入力端子付近と接地間および第２の演算増幅器２２の非反転入力端子付近と接地間の両方に接続してもよいことを加えておく。更に、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２と第３の演算増幅器２０の電源を電源端子１７と同じタイミングで間欠動作させても問題ないことを加えておく。
【００２３】
次に、具体的な動作について、説明を加えておく。携帯電話を保持するカーアダプタ側には、磁石が設けられており、携帯電話側には、磁気抵抗素子１９が設けられる。携帯電話をカーアダプタに装着するかもしくは近づけると、カーアダプタ側に設けられた磁石により携帯電話側の磁気抵抗素子１９が反応し、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電位が反転する。この信号は、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２で直流増幅され、最終的に第３の演算増幅器２０で判別される。この判別された信号により携帯電話のフック動作を自動的に動作させている。すなわち、携帯電話をカーアダプタに装着するかもしくは近づけた時には、オフフックとなるように制御する。逆に携帯電話をカーアダプタから着脱するかもしくは遠ざけるとオンフックするように制御すれば、自動フック動作が可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す磁気信号検出装置の上面配置図である。図２に示すように、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は、水平方向に配置し、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４を垂直方向に配置している。そしてこの状態において、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４が互いに隣りあう磁気抵抗に対し、９０度傾いた方向となるように配置させている。
【００２５】
このように配置させることにより、電源端子１７と接地端子１８の方向の磁界に対しては、対角位置にある第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４だけが反応するようになり、結果として第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４の抵抗値が変化し、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電位が変化して、磁気信号を検出することが可能となる。
【００２６】
このとき、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の抵抗材料は同一成分のもので構成するようにしており、抵抗材料の温度係数を揃えることで磁気信号検出装置の温度特性を向上させている。
【００２７】
なお、必ずしも第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の４つの磁気抵抗が、同一材料から構成されなければならないとは限らないことを加えておく。
【００２８】
また、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は同じ抵抗値としており、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４は同じ抵抗値とするとともに第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３の抵抗値より大きい抵抗値となるようにしている（つまり第１、第３の磁気抵抗１１、１３は第２、第４の磁気抵抗１２、１４の抵抗値よりも小さくなっている。）。このような関係に構成することにより磁気信号が無い状態における磁気信号検出装置のチャタリング防止を実現しており、磁気信号検出装置の安定動作が可能となる。
【００２９】
なお、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４と比較して、大きい抵抗値としても構わない。
【００３０】
また、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４は同じ抵抗値としており、第３の固定抵抗２５は、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４より小さい抵抗値としている。この時、第３の固定抵抗２５の抵抗値は、少なくとも、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４の抵抗値と比較して、１／５より大きい抵抗値となるように設定しており、第１の演算増幅器２１及び第２の演算増幅器２２の出力が低下しないように配慮している。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す磁気信号検出装置の上面配置図である。なお、第２の実施の形態と同一の構成の部分については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。図に示すごとく、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４による抵抗ブリッジ回路を磁気抵抗素子１９として構成している。このように、構成することにより、磁気抵抗を検出する部分だけを独立させることができ、任意の場所に、この磁気抵抗素子１９を配置させることが可能となる。
【００３２】
また、第１の磁気抵抗１１と第４の磁気抵抗１４の接続点である電源端子１７および第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３の接続点である接地端子１８および第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２の接続点である第１の出力端子１５および第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の接続点である第２の出力端子１６は、いずれも磁気抵抗素子１９の４つの角に、それぞれの端子を設けており、互いの端子間距離が最大となるように構成している。この配置により、端子間の分離特性が向上でき、隣接する端子間での干渉を低減させている。
【００３３】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態を示す磁気信号検出装置の電気回路図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成の部分については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。図４に示すごとく、磁気抵抗素子１９は、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４による抵抗ブリッジ回路で構成しており、半導体集積装置２９は、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２と第３の演算増幅器２０と第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４と第３の固定抵抗２５で構成している。
【００３４】
このように、磁気信号を検出する部分と出力信号を処理する部分とに分割することにより、磁気信号検出部を任意の位置に構成することができ、部品の実装自由度が向上するとともに、装置全体の実装効率改善が図られる。
【００３５】
なお、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２は、同一のプロセスで製造した半導体集積装置が望ましいが、第３の演算増幅器２０については、この限りでないことを加えておく。
【００３６】
また、図５に示すように磁気抵抗素子１９の電源と半導体集積装置２９の電源を共通電源４０にすることにより、間欠動作時でも、同一のレギュレータから電源を供給することができる。
【００３７】
（実施の形態５）
図６は、本発明の第５の実施の形態を示す磁気信号検出装置の実装配置図である。磁気抵抗素子１９の第１の出力端子１５は、第１のスルーホール３１で多層基板の第１の内層パターン５１に接続し、磁気抵抗素子１９の第２の出力端子１６は、第２のスルーホール３２で多層基板の第２の内層パターン５２に接続している。多層基板の第１の内層パターン５１は、第３のスルーホール３３で第１の演算増幅器２１の非反転入力端子に接続しており、多層基板の第２の内層パターン５２は、第４のスルーホール３４で第２の演算増幅器２２の非反転入力端子に接続している。このように構成することにより、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６からの信号に外部からのノイズの影響を受けにくくすることが可能となる。
【００３８】
図７では、更に第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子の間に第５のスルーホール３０を設けており、この端子を接地させることで第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子の間の分離特性を向上させ、互いの干渉を削減するようにしている。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地したものであるので、コモンモードノイズがキャンセルされ、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性が向上できるとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止でき、高周波的に低インピーダンス化され、電源電圧の間欠動作時に安定に動作させることが可能となり、磁気信号検出装置が誤動作するという課題を解決することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図２】 本発明の実施の形態２による磁気信号検出装置を示す上面配置図
【図３】 本発明の実施の形態３による磁気信号検出装置を示す上面配置図
【図４】 本発明の実施の形態４による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図５】 本発明の実施の形態４による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図６】 本発明の実施の形態５による磁気信号検出装置を示す実装配置図
【図７】 本発明の実施の形態５による磁気信号検出装置を示す実装配置図
【図８】 従来の磁気信号検出装置を示す電気回路図
【符号の説明】
１１ 第１の磁気抵抗
１２ 第２の磁気抵抗
１３ 第３の磁気抵抗
１４ 第４の磁気抵抗
１５ 第１の出力端子
１６ 第２の出力端子
１７ 電源端子
１８ 接地端子
１９ 磁気抵抗素子
２０ 第３の演算増幅器
２１ 第１の演算増幅器
２２ 第２の演算増幅器
２３ 第１の固定抵抗
２４ 第２の固定抵抗
２５ 第３の固定抵抗
２６ 信号出力端子
２７ 第１のコンデンサ
２９ 半導体集積装置
３０ 第５のスルーホール
３１ 第１のスルーホール
３２ 第２のスルーホール
３３ 第３のスルーホール
３４ 第４のスルーホール
５１ 第１の内層パターン
５２ 第２の内層パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やコードレス電話やページャなどの移動体通信機器に利用される磁気信号検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の磁気信号検出装置は図８に示す構成となっていた。図８において、１１は第１の磁気抵抗、１２は第２の磁気抵抗、１３は第３の磁気抵抗、１４は第４の磁気抵抗、１５は第１の出力端子、１６は第２の出力端子、１７は電源端子、１８は接地端子、２０は演算増幅器、２６は信号出力端子であり、磁界の強さによって変化する第１の磁気抵抗１１、第２の磁気抵抗１２、第３の磁気抵抗１３、第４の磁気抵抗１４へ電源端子１７から流れる電流の変化により、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電圧を直接的に演算増幅器２０に入力し、磁気信号の検出を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来技術の構成では、演算増幅器へ外乱ノイズが入力した場合、あるいは演算増幅器の入力オフセット電圧が温度変動した場合、あるいは電源電圧を間欠動作させた場合、磁気信号検出装置が誤動作するという課題があった。この磁気信号検出装置においては、耐ノイズ特性の向上、演算増幅器の入力オフセット電圧依存性の削減、電源電圧の間欠動作時における安定動作が要求されている。
【０００４】
本発明は、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器で構成した差動型演算増幅回路の入力端子を、コンデンサを介して接地することにより、磁気信号検出装置のコモンモードノイズをキャンセルして耐ノイズ特性を向上させるとともに、高周波的に低インピーダンス化して演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止させ、電源電圧の間欠動作時に安定動作を実現させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明による磁気信号検出装置は、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地することを特徴とするものである。
【０００６】
これにより磁気信号検出装置のコモンモードノイズをキャンセルして耐ノイズ特性が向上するとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧変動による誤動作が防止でき、さらに高周波的に低インピーダンス化して電源電圧の間欠動作時に安定動作が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地したものであり、コモンモードノイズがキャンセルされ、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性を向上させるとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止し、高周波的に低インピーダンス化され、電源電圧の間欠動作時に誤動作のない安定動作が実現できるという作用を有する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗を同方向に配置し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗を同方向に配置し、前記第１の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の配置方向と前記第２の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の配置方向が直角になるように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置としたものであり、一定磁界に対し第１の出力端子と第２の出力端子の間の出力電圧を最大にするという作用を有する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有するように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置としたものであり、無磁界時に磁気信号検出装置がチャタリングするのを防止するという作用を有する。
【００１０】
本発明は、第１の演算増幅器の反転入力端子と第１の演算増幅器の出力端子の間に第１の固定抵抗を接続し、第２の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の出力端子の間に第２の固定抵抗を接続し、第１の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の反転入力端子の間に第３の固定抵抗を接続し、第１の固定抵抗と第２の固定抵抗は、同一の抵抗値を有し、第３の固定抵抗は、前記第１の固定抵抗と前記第２の固定抵抗より小さい抵抗値を有するように構成することにより、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器で構成した差動型演算増幅回路の正利得により、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性を向上させるという作用を有する。
【００１１】
本発明は、第１の演算増幅器の反転入力端子と第１の演算増幅器の出力端子の間に第１の固定抵抗を接続し、第２の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の出力端子の間に第２の固定抵抗を接続し、第１の演算増幅器の反転入力端子と第２の演算増幅器の反転入力端子の間に第３の固定抵抗を接続し、第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗と第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗で構成した抵抗ブリッジを磁気抵抗素子とし、第１の演算増幅器と第２の演算増幅器と第３の演算増幅器と第１の固定抵抗と第２の固定抵抗と第３の固定抵抗で構成した回路ブロックを半導体集積装置とすることにより、磁気信号検出部分を単独で任意の場所に実装できるという作用を有する。
【００１２】
本発明は、磁気抵抗素子と前記半導体集積装置との接続を多層基板の内層配線で接続することにより、出力電圧に外乱ノイズが重畳するのを防ぐという作用を有する。
【００１３】
本発明は、前述の第１の演算増幅器と第２の演算増幅器と第３の演算増幅器と第１の固定抵抗と第２の固定抵抗と第３の固定抵抗で構成した半導体集積装置において、前記第１の演算増幅器の反転入力端子と前記第２の演算増幅器の反転入力端子との間に接地端子を設けることにより、第１の演算増幅器の非反転入力端子と第２の演算増幅器の非反転入力端子の分離特性を向上させ磁気信号検出装置の誤動作を防ぐという作用を有する。
【００１４】
本発明は、磁気抵抗素子の電源端子と半導体集積装置の電源は共通の電源経路から供給するように構成することにより、間欠動作時でも、同一のレギュレータから電源を供給できるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態による磁気信号検出装置を示す電気回路図である。第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４は、抵抗ブリッジ回路構成の磁気抵抗素子１９としており、第１の磁気抵抗１１と第４の磁気抵抗１４の接続点は電源端子１７とし、第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３の接続点は接地端子１８としている。また、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２の接続点を第１の出力端子１５とし、第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４を第２の出力端子１６としている。
【００１７】
電源端子１７より与えられる直流電圧により、磁気抵抗素子１９に電流が流れ、第１の出力端子１５には第１の磁気抵抗１１に流れる電流の電圧降下分の直流電圧が発生し、第２の出力端子１６には第４の磁気抵抗１４に流れる電流の電圧降下分の直流電圧が発生する。なお、磁気抵抗素子１９の電源端子１７と接地端子１８および第１の出力端子１５と第２の出力端子１６は、互いに対向するような配置であればよい。
【００１８】
そして、この状態において、第１の出力端子１５が第１の演算増幅器２１の非反転入力端子に接続されており、第２の出力端子１６が第２の演算増幅器２２の非反転入力端子に接続されている。このように第１の出力端子１５からの直流電圧信号を第１の演算増幅器２１で比較し、第２の出力端子１６からの直流電圧信号を第２の演算増幅器２２で比較することにより、差動型で回路を動作させることが可能となり、周囲の温度環境の変動により第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２の内部オフセット電圧が変化しても第１の出力端子１５からの直流電圧信号と第２の出力端子１６からの直流電圧信号が相対的に変化しないようにしている。
【００１９】
更に、第１の出力端子１５が第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子にコモンモードノイズが入力しても、第１の演算増幅器２１の出力端子及び第２の演算増幅器２２の出力端子の間で互いにコモンモードノイズがキャンセルされ、結果として耐ノイズ特性の向上が図られる。
【００２０】
第１の固定抵抗２３は、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第１の演算増幅器２１の出力端子の間に接続しており、第１の演算増幅器２１を非反転直流増幅させている。また、第２の固定抵抗２４は、第２の演算増幅器２２の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の出力端子の間に接続しており、第２の演算増幅器２２を非反転直流増幅させている。また、第３の固定抵抗２５は、第１の演算増幅器２１の反転入力端子と第２の演算増幅器２２の反転入力端子の間に接続しており、第１の演算増幅器２１の反転入力端子と第２の演算増幅器２２の反転入力端子の間の直流電位を共通にするために設けている。第３の演算増幅器２０は、第１の演算増幅器２１の直流電圧出力と第２の演算増幅器２２の直流電圧出力を比較するために設けており第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４で検出した磁気信号を最終的に判別するコンパレータとして動作させている。
【００２１】
なお、ここで、第１のコンデンサ２７を第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と接地間に接続している。このように、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子の入力インピーダンスを第１のコンデンサ２７で決定される周波数に対して高周波的に低インピーダンス化することにより、磁気信号検出の誤動作を防止し、電源端子１７を間欠動作（パルス的動作）させても、安定に動作させることが可能となる。
【００２２】
なお、第１のコンデンサ２７は、第１の演算増幅器２１の非反転入力端子付近と接地間に接続することが望ましく、場合によっては、第２の演算増幅器２２の非反転入力端子付近と接地間に接続しても構わない。また、第１のコンデンサ２７を第１の演算増幅器２１の非反転入力端子付近と接地間および第２の演算増幅器２２の非反転入力端子付近と接地間の両方に接続してもよいことを加えておく。更に、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２と第３の演算増幅器２０の電源を電源端子１７と同じタイミングで間欠動作させても問題ないことを加えておく。
【００２３】
次に、具体的な動作について、説明を加えておく。携帯電話を保持するカーアダプタ側には、磁石が設けられており、携帯電話側には、磁気抵抗素子１９が設けられる。携帯電話をカーアダプタに装着するかもしくは近づけると、カーアダプタ側に設けられた磁石により携帯電話側の磁気抵抗素子１９が反応し、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電位が反転する。この信号は、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２で直流増幅され、最終的に第３の演算増幅器２０で判別される。この判別された信号により携帯電話のフック動作を自動的に動作させている。すなわち、携帯電話をカーアダプタに装着するかもしくは近づけた時には、オフフックとなるように制御する。逆に携帯電話をカーアダプタから着脱するかもしくは遠ざけるとオンフックするように制御すれば、自動フック動作が可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す磁気信号検出装置の上面配置図である。図２に示すように、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は、水平方向に配置し、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４を垂直方向に配置している。そしてこの状態において、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４が互いに隣りあう磁気抵抗に対し、９０度傾いた方向となるように配置させている。
【００２５】
このように配置させることにより、電源端子１７と接地端子１８の方向の磁界に対しては、対角位置にある第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４だけが反応するようになり、結果として第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４の抵抗値が変化し、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６の直流電位が変化して、磁気信号を検出することが可能となる。
【００２６】
このとき、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の抵抗材料は同一成分のもので構成するようにしており、抵抗材料の温度係数を揃えることで磁気信号検出装置の温度特性を向上させている。
【００２７】
なお、必ずしも第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の４つの磁気抵抗が、同一材料から構成されなければならないとは限らないことを加えておく。
【００２８】
また、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は同じ抵抗値としており、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４は同じ抵抗値とするとともに第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３の抵抗値より大きい抵抗値となるようにしている（つまり第１、第３の磁気抵抗１１、１３は第２、第４の磁気抵抗１２、１４の抵抗値よりも小さくなっている。）。このような関係に構成することにより磁気信号が無い状態における磁気信号検出装置のチャタリング防止を実現しており、磁気信号検出装置の安定動作が可能となる。
【００２９】
なお、第１の磁気抵抗１１と第３の磁気抵抗１３は、第２の磁気抵抗１２と第４の磁気抵抗１４と比較して、大きい抵抗値としても構わない。
【００３０】
また、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４は同じ抵抗値としており、第３の固定抵抗２５は、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４より小さい抵抗値としている。この時、第３の固定抵抗２５の抵抗値は、少なくとも、第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４の抵抗値と比較して、１／５より大きい抵抗値となるように設定しており、第１の演算増幅器２１及び第２の演算増幅器２２の出力が低下しないように配慮している。
【００３１】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す磁気信号検出装置の上面配置図である。なお、第２の実施の形態と同一の構成の部分については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。図に示すごとく、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４による抵抗ブリッジ回路を磁気抵抗素子１９として構成している。このように、構成することにより、磁気抵抗を検出する部分だけを独立させることができ、任意の場所に、この磁気抵抗素子１９を配置させることが可能となる。
【００３２】
また、第１の磁気抵抗１１と第４の磁気抵抗１４の接続点である電源端子１７および第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３の接続点である接地端子１８および第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２の接続点である第１の出力端子１５および第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４の接続点である第２の出力端子１６は、いずれも磁気抵抗素子１９の４つの角に、それぞれの端子を設けており、互いの端子間距離が最大となるように構成している。この配置により、端子間の分離特性が向上でき、隣接する端子間での干渉を低減させている。
【００３３】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態を示す磁気信号検出装置の電気回路図である。なお、第１の実施の形態と同一の構成の部分については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。図４に示すごとく、磁気抵抗素子１９は、第１の磁気抵抗１１と第２の磁気抵抗１２と第３の磁気抵抗１３と第４の磁気抵抗１４による抵抗ブリッジ回路で構成しており、半導体集積装置２９は、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２と第３の演算増幅器２０と第１の固定抵抗２３と第２の固定抵抗２４と第３の固定抵抗２５で構成している。
【００３４】
このように、磁気信号を検出する部分と出力信号を処理する部分とに分割することにより、磁気信号検出部を任意の位置に構成することができ、部品の実装自由度が向上するとともに、装置全体の実装効率改善が図られる。
【００３５】
なお、第１の演算増幅器２１と第２の演算増幅器２２は、同一のプロセスで製造した半導体集積装置が望ましいが、第３の演算増幅器２０については、この限りでないことを加えておく。
【００３６】
また、図５に示すように磁気抵抗素子１９の電源と半導体集積装置２９の電源を共通電源４０にすることにより、間欠動作時でも、同一のレギュレータから電源を供給することができる。
【００３７】
（実施の形態５）
図６は、本発明の第５の実施の形態を示す磁気信号検出装置の実装配置図である。磁気抵抗素子１９の第１の出力端子１５は、第１のスルーホール３１で多層基板の第１の内層パターン５１に接続し、磁気抵抗素子１９の第２の出力端子１６は、第２のスルーホール３２で多層基板の第２の内層パターン５２に接続している。多層基板の第１の内層パターン５１は、第３のスルーホール３３で第１の演算増幅器２１の非反転入力端子に接続しており、多層基板の第２の内層パターン５２は、第４のスルーホール３４で第２の演算増幅器２２の非反転入力端子に接続している。このように構成することにより、第１の出力端子１５と第２の出力端子１６からの信号に外部からのノイズの影響を受けにくくすることが可能となる。
【００３８】
図７では、更に第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子の間に第５のスルーホール３０を設けており、この端子を接地させることで第１の演算増幅器２１の非反転入力端子と第２の演算増幅器２２の非反転入力端子の間の分離特性を向上させ、互いの干渉を削減するようにしている。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、電源端子を間欠動作させるとともに、前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地したものであるので、コモンモードノイズがキャンセルされ、磁気信号検出装置の耐ノイズ特性が向上できるとともに、演算増幅器の入力オフセット電圧の変動による誤動作を防止でき、高周波的に低インピーダンス化され、電源電圧の間欠動作時に安定に動作させることが可能となり、磁気信号検出装置が誤動作するという課題を解決することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図２】 本発明の実施の形態２による磁気信号検出装置を示す上面配置図
【図３】 本発明の実施の形態３による磁気信号検出装置を示す上面配置図
【図４】 本発明の実施の形態４による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図５】 本発明の実施の形態４による磁気信号検出装置を示す電気回路図
【図６】 本発明の実施の形態５による磁気信号検出装置を示す実装配置図
【図７】 本発明の実施の形態５による磁気信号検出装置を示す実装配置図
【図８】 従来の磁気信号検出装置を示す電気回路図
【符号の説明】
１１ 第１の磁気抵抗
１２ 第２の磁気抵抗
１３ 第３の磁気抵抗
１４ 第４の磁気抵抗
１５ 第１の出力端子
１６ 第２の出力端子
１７ 電源端子
１８ 接地端子
１９ 磁気抵抗素子
２０ 第３の演算増幅器
２１ 第１の演算増幅器
２２ 第２の演算増幅器
２３ 第１の固定抵抗
２４ 第２の固定抵抗
２５ 第３の固定抵抗
２６ 信号出力端子
２７ 第１のコンデンサ
２９ 半導体集積装置
３０ 第５のスルーホール
３１ 第１のスルーホール
３２ 第２のスルーホール
３３ 第３のスルーホール
３４ 第４のスルーホール
５１ 第１の内層パターン
５２ 第２の内層パターン
Claims (3)
- 抵抗ブリッジ回路を構成する第１の磁気抵抗と第２の磁気抵抗の接続点を第１の出力端子とするとともに第３の磁気抵抗と第４の磁気抵抗の接続点を第２の出力端子とし、前記第１の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の接続点を電源端子とし、前記第２の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の接続点を接地し、前記第１の出力端子を第１の演算増幅器に接続し、前記第２の出力端子を第２の演算増幅器に接続し、前記第１の演算増幅器の出力端子と前記第２の演算増幅器の出力端子とを前記第３の演算増幅器に接続し、
前記電源端子を間欠動作させるとともに、
前記第１および第３の磁気抵抗は、前記第２および第４の磁気抵抗より小さい抵抗値を有し、
前記第１の演算増幅器の入力端子を第１のコンデンサを介して接地することを特徴とした磁気信号検出装置。 - 第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗を同方向に配置し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗を同方向に配置し、前記第１の磁気抵抗と前記第３の磁気抵抗の配置方向と前記第２の磁気抵抗と前記第４の磁気抵抗の配置方向が直角になるように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置。
- 第１の磁気抵抗と第３の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有し、第２の磁気抵抗と第４の磁気抵抗は、同一の抵抗値を有するように構成した請求項１記載の磁気信号検出装置。
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- 1998-01-14 JP JP00562398A patent/JP4211074B2/ja not_active Expired - Fee Related
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