JP7141825B2 - magnetic sensor - Google Patents

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Description

本発明は、磁気センサに関する。 The present invention relates to magnetic sensors.

従来から、複数の軸成分を有する磁気を検知可能な磁気センサとして、半導体基板に設けられたホール素子に対して、ホール素子上に設けられた磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法(例えば、特許文献1参照。)や基板上に形成した斜面に感磁部を形成し、多軸成分の磁場を検出する手法(例えば、特許文献2)が知られている。 Conventionally, as a magnetic sensor capable of detecting magnetism having a plurality of axial components, a method of changing the direction of a magnetic field using a magnetic flux converging plate provided on a Hall element provided on a semiconductor substrate. (See, for example, Patent Document 1.) and a method of forming a magnetic sensing portion on an inclined surface formed on a substrate and detecting a magnetic field of multiaxial components (for example, Patent Document 2) is known.

特許第3928775号明細書Patent No. 3928775 specification 米国特許出願公開第2017/0345997号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2017/0345997

上記従来のように、半導体基板に設けられたホール素子に対して、磁気収束板を用いて磁場の方向を変換する手法を用いた場合、端子数が多くなるため配線の引き回しに制限がある。
また、基板上に斜面を形成する手法では、用いる材料によって該斜面の角度が決まってしまうため、磁気センサの感度方向を自由に設定することができない。その結果、感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができなくなってしまい、S/Nの高い信号を得ることが困難となる場合がある。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、S/Nの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを提供することを目的としている。
As in the above-described conventional technique, when a method of changing the direction of a magnetic field using a magnetic convergence plate is used for a Hall element provided on a semiconductor substrate, the number of terminals increases, and wiring routing is limited.
Further, in the method of forming the slope on the substrate, the angle of the slope is determined by the material used, so the sensitivity direction of the magnetic sensor cannot be freely set. As a result, it becomes impossible to direct the sensitivity in the direction in which the change in the magnetic field is large, and it may be difficult to obtain a signal with a high S/N ratio.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made by paying attention to unsolved problems in the prior art, and provides a magnetic sensor capable of obtaining a signal with a high S/N ratio and capable of measuring magnetic fields in three axial directions. It is intended to

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る磁気センサは、基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に少なくとも一つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記感磁部のアスペクト比(前記感磁部の前記所定の厚み/前記複数の電極間の最小距離)が、0.01以上1以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する3つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、前記接続パターンは、一の前記三角形毎に3つの接続パターンを含み、当該3つの接続パターンのうちの第1の接続パターンは、前記一の三角形を形成する3つの電極のうちの第1の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記3つの電極のうちの第2の電極及び第3の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記3つの接続パターンのうちの第2の接続パターンは、前記第2の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第1の電極及び前記第3の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記3つの接続パターンのうちの第3の接続パターンは、前記第3の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第1の電極及び前記第の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであって、前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、当該演算式は、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した2つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記3つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した前記2つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力することを特徴としている。
また、本発明の他の態様に係る磁気センサは、基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、前記感磁部の上面に複数の三角形が形成されるように配置された複数の電極と、一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、複数の接続端子を有する演算部と、前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、前記感磁部のアスペクト比(前記感磁部の前記所定の厚み/前記複数の電極間の最小距離)が、0.01以上1以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する3つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、前記接続パターンは、一の前記三角形を形成する3つの電極のうちの一の電極を前記駆動部に接続し他の2つの電極それぞれを前記接続端子に接続する接続パターンを、同一又は異なる三角形を対象として少なくとも3パターン含み、前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、当該演算式は、前記駆動部により、3つの前記接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した2つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記3つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した前記2つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力することを特徴としている。
In order to achieve the above object, a magnetic sensor according to one aspect of the present invention is a magneto-sensitive magnetic sensor that is formed on one surface of a substrate and has a predetermined thickness to have sensitivity to both a perpendicular magnetic field and an in-plane magnetic field. a plurality of electrodes arranged so as to form at least one triangle on the upper surface of the magnetically sensitive portion; a driving portion connected to one of the electrodes to drive the magnetically sensitive portion; and a plurality of connections. a computing unit having terminals; and a switch unit that switches the plurality of electrodes according to a plurality of connection patterns and connects them to the driving unit and the connection terminals, wherein the aspect ratio of the magnetic sensing unit (the (predetermined thickness/minimum distance between the plurality of electrodes) is 0.01 or more and 1 or less, and each of the connection patterns is in a plane including the three electrodes forming the triangle in which the magnetic field sensitive portion is formed. is set and stored to be sensitive to both magnetic field components in directions perpendicular to and parallel to said plane, said connection pattern comprising three connections per said triangle a pattern, wherein a first connection pattern of the three connection patterns is connected to a first electrode of the three electrodes forming the one triangle and the driving section, and the three electrodes are connected to each other; each of a second electrode and a third electrode of the three connection patterns is a pattern to be connected to the plurality of connection terminals, and the second connection pattern of the three connection patterns is connected to the second electrode and the drive and the first electrode and the third electrode are connected to the plurality of connection terminals, and the third connection pattern among the three connection patterns 3 electrodes are connected to the drive unit, and the first electrode and the second electrode are each connected to the plurality of connection terminals, wherein the calculation unit includes the magnetic sensing unit It has a preset arithmetic expression for calculating the triaxial magnetic field component representing the magnitude of the magnetic field applied to based on the triaxial magnetic field arithmetic matrix, and the arithmetic expression is obtained by the driving unit, A constant current or a constant voltage is input to the electrodes connected to the drive section for each of the three connection patterns, a known magnetic field is applied to the magnetic field sensing section, and the magnetic field sensing section is driven by the drive section. A set of output signals from the plurality of connection terminals when a conductive path is formed is obtained for each of the connection patterns, and a potential difference or current between the two connection terminals calculated for each set of the output signals. at least three differential signals indicating the difference, or by the driver, for each of the three connection patterns A constant current or a constant voltage is input to the electrode connected to the drive unit, and a potential difference between the electrode connected to the drive unit and one of the connection terminals when no magnetic field is applied is divided. A known potential difference, which is a potential difference between the electrode connected to the drive section and the other connection terminal obtained by Obtaining the three difference signals based on at least three difference signals indicating the difference between the potential difference between the electrode and the other connection terminal, and magnetic field components in three axial directions indicating the magnitude of the known magnetic field. A magnetic field to be detected is applied to the magnetic sensing section , and the computing section is driven by the driving section to form a conductive path in the magnetic sensing section. at least three potential differences or current differences between the two connection terminals calculated for each set of output signals by acquiring sets of output signals from the plurality of connection terminals when in the state two differential signals, or the known potential difference and the potential difference between the electrode connected to the drive section and the other connection terminal when the magnetic field to be detected is applied to the magnetic sensing section and the arithmetic expression corresponding to the acquisition method when these differential signals are acquired, the three axial directions of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensing unit It is characterized by calculating the magnetic field component and outputting it as a magnetic signal.
A magnetic sensor according to another aspect of the present invention includes: a magnetic sensing portion formed on one surface of a substrate and having a predetermined thickness so as to be sensitive to both a perpendicular magnetic field and an in-plane magnetic field; a plurality of electrodes arranged to form a plurality of triangles on the upper surface of a magnetic portion; a driving portion connected to one of the electrodes to drive the magnetic sensing portion; and a computing portion having a plurality of connection terminals. and a switch unit that switches the plurality of electrodes in a plurality of connection patterns and connects them to the driving unit and the connection terminals, wherein the aspect ratio of the magnetic sensing unit (the predetermined thickness of the magnetic sensing unit/the plurality of (minimum distance between electrodes) is 0.01 or more and 1 or less, and each of the connection patterns is in the direction perpendicular to the plane containing the three electrodes forming the triangle. configured and stored to be sensitive to both magnetic field components and magnetic field components in a direction parallel to the plane, the connection pattern being one of three electrodes forming one of the triangles; At least three connection patterns for connecting an electrode to the driving section and connecting the other two electrodes to the connection terminals are provided for the same or different triangles , It has a preset arithmetic expression for calculating the magnetic field components in the triaxial directions representing the magnitude of the magnetic field based on the triaxial magnetic field arithmetic matrix, and the arithmetic expression is operated by the driving unit for the three connections A constant current or a constant voltage is input to the electrodes connected to the driving section for each pattern, a known magnetic field is applied to the magnetic sensing section, and a conductive path is formed in the magnetic sensing section by being driven by the driving section. A set of output signals from the plurality of connection terminals in the connected state is acquired for each of the connection patterns, and at least a potential difference or a current difference between the two connection terminals calculated for each set of the output signals is indicated. A constant current or a constant voltage is input to the electrodes connected to the drive unit for each of the three connection patterns by the three differential signals or the drive unit, and a constant current or constant voltage is applied to the drive unit when no magnetic field is applied. a known potential difference, which is a potential difference between the electrode connected to the drive unit and the other connection terminal obtained by dividing the potential difference between the connected electrode and one of the connection terminals; At least three difference signals indicating the difference between the potential difference between the electrode connected to the drive unit and the other connection terminal when a known magnetic field is applied to the magnetic unit, and the magnitude of the known magnetic field. The three differential signals were obtained based on the three axial magnetic field components representing A state in which a magnetic field to be detected is applied to the magnetic field sensing section and is driven by the driving section to form a conductive path in the magnetic field sensing section. At least three sets of output signals from the plurality of connection terminals are obtained for each of the connection patterns, and the potential difference or the current difference between the two connection terminals calculated for each set of output signals. a difference signal, or the known potential difference, and a potential difference between the electrode connected to the drive section and the other connection terminal when the magnetic field to be detected is applied to the magnetic sensing section; and the arithmetic expression corresponding to the acquisition method when acquiring these differential signals, the magnetic field in the three axial directions of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensing unit It is characterized by calculating the component and outputting it as a magnetic signal.

本発明の一態様によれば、S/Nの高い信号を得ることができ、かつ三軸方向の磁場測定を行うことの可能な磁気センサを実現することができる。 According to one aspect of the present invention, a magnetic sensor that can obtain a signal with a high S/N ratio and can measure magnetic fields in three axial directions can be realized.

本発明の一実施形態に係る磁気センサの一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an example of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention; FIG. 4つの電極を回転対称形に配置した一例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an example in which four electrodes are arranged in a rotationally symmetrical manner; 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 磁気センサの駆動方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining the method of driving the magnetic sensor. 三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating magnetic field strengths in three axial directions; 三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating magnetic field strengths in three axial directions; オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining a method of removing an offset component. オフセット成分の除去方法を説明するための模式的な等価回路である。It is a schematic equivalent circuit for explaining a method of removing an offset component.

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
In the following detailed description, a number of specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the invention. However, it is evident that other embodiments may be practiced without being limited to such specific specific configurations. Moreover, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, but include all combinations of characteristic configurations described in the embodiments.
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings below, the same reference numerals are given to the same parts. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones.

〔磁気センサの構成〕
図1は、本発明の一実施形態に係る三軸方向の磁場強度を検出する磁気センサ1の一例を示す概略構成を示すブロック図である。
磁気センサ1は、検出子としてのホール素子2と、ホール素子2の出力信号を入力し信号処理を行って三軸磁場測定信号Bx、By、Bzを出力する信号処理部3とを備える。
ホール素子2は、従来のホール素子と同様に、基板11と、基板11の一方の面に形成された感磁部12と、基板11の一方の面に形成され、感磁部12と電気的に接続される3つの電極(端子)13a~13cと、を備えるが、本実施形態におけるホール素子2は、感磁部12の膜厚が従来のホール素子よりも厚い。感磁部12は、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みに形成される。具体的には、感磁部12は、例えば三角柱状に形成され、平面視で三角柱の上面の、三角形の頂点となる位置近傍に各電極13a~13cが配置される。三角柱状に形成された感磁部12において、アスペクト比(感磁部12の厚み/電極13a~13cの電極間の最小距離)が0.01以上1以下を満足する厚みを有する。
[Configuration of magnetic sensor]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration showing an example of a magnetic sensor 1 for detecting magnetic field intensities in three axial directions according to one embodiment of the present invention.
The magnetic sensor 1 includes a Hall element 2 as a detector, and a signal processing unit 3 that receives an output signal from the Hall element 2, performs signal processing, and outputs triaxial magnetic field measurement signals Bx, By, and Bz.
The Hall element 2 includes a substrate 11, a magnetic field sensing portion 12 formed on one side of the substrate 11, and a magnetic field sensing portion 12 formed on one side of the substrate 11 and electrically connected to the magnetic field sensing portion 12, similarly to the conventional Hall device. In the Hall element 2 of the present embodiment, the film thickness of the magnetically sensitive portion 12 is thicker than that of the conventional Hall element. The magnetic sensing portion 12 is formed with a thickness that is sensitive to both the perpendicular magnetic field and the in-plane magnetic field. Specifically, the magnetic field sensing portion 12 is formed, for example, in the shape of a triangular prism, and the electrodes 13a to 13c are arranged on the upper surface of the triangular prism in plan view near the positions of the vertices of the triangle. The magnetically sensitive portion 12 formed in the shape of a triangular prism has a thickness that satisfies an aspect ratio (thickness of the magnetically sensitive portion 12/minimum distance between the electrodes 13a to 13c) of 0.01 or more and 1 or less.

なお、本明細書において感磁部の厚みとは、不純物濃度が基板に対して高い半導体領域の厚みを示し、例えばホール素子2厚み方向の二次イオン質量分析法(SIMS)によって測定できる。
感磁部12のアスペクト比としては、0.02以上でもよく、0.05以上でもよい。感磁部12のアスペクト比がこの範囲にあると、面内磁場の感度が大きくなる点で好ましい。
感磁部12のアスペクト比としては、特に上限はないが、製造の容易性から0.5以下でもよく、0.1以下でもよい。
また、感磁部の厚みは、面内磁場の感度を大きくする点で0.5μm以上であることが好ましい。また、特に上限はないが、製造の容易性から10μm以下が好ましい。
なお、ホール素子2の製造方法は、従来の、感磁部が薄膜からなるホール素子と同等の工程で形成されるが、感磁部12の膜厚を形成する工程において、「アスペクト比(感磁部の厚み/電極(端子)間の最小距離)が0.01以上1以下」を満足する膜厚に形成される。
In this specification, the thickness of the magneto-sensitive portion indicates the thickness of a semiconductor region having a high impurity concentration with respect to the substrate, and can be measured, for example, by secondary ion mass spectrometry (SIMS) in the thickness direction of the Hall element 2 .
The aspect ratio of the magnetic field sensitive portion 12 may be 0.02 or more, or 0.05 or more. If the aspect ratio of the magnetic field sensing portion 12 is within this range, the sensitivity to the in-plane magnetic field is increased, which is preferable.
Although there is no particular upper limit to the aspect ratio of the magneto-sensitive portion 12, it may be 0.5 or less or 0.1 or less in view of ease of manufacture.
In addition, the thickness of the magnetic sensing portion is preferably 0.5 μm or more in order to increase the sensitivity to the in-plane magnetic field. Although there is no particular upper limit, it is preferably 10 μm or less from the viewpoint of ease of production.
The method of manufacturing the Hall element 2 is similar to that of the conventional Hall element whose magnetically sensitive portion is made of a thin film. The thickness of the magnetic portion/minimum distance between electrodes (terminals) is 0.01 or more and 1 or less.

また、感磁部12の形状は三角柱状に限るものではなく、直方体形状等、面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する厚みを有していればどのような形状であってもよい。
ホール素子2において、3つの電極13a~13cのうち、1つの電極がホール素子2の駆動端子となり、残りの2つの電極がホール素子2の出力端子となる。なお、ここでは3つの電極13a~13cを備える場合について説明するが、電極の数は、3つに限らず4つ以上であってもよい。
Further, the shape of the magnetic field sensing portion 12 is not limited to a triangular prism shape, and may be any shape such as a rectangular parallelepiped shape as long as it has a thickness that is sensitive to both the perpendicular magnetic field and the in-plane magnetic field. .
In the Hall element 2, one of the three electrodes 13a to 13c serves as a driving terminal of the Hall element 2, and the remaining two electrodes serve as output terminals of the Hall element 2. FIG. Although the case where three electrodes 13a to 13c are provided is described here, the number of electrodes is not limited to three and may be four or more.

基板11は、直接又は絶縁層等を介して感磁部12が形成されるものであり、半導体基板又は絶縁基板等であってよい。半導体基板は、シリコン基板又は化合物半導体基板等であり、絶縁基板は例えばセラミック基板等であってよい。基板11は、基板11内又は基板11上に電気回路が形成されたものであってもよい。
感磁部12は、基板11の一方の面に形成され、駆動端子となる例えば電極13aと一方の出力端子となる例えば電極13bとの間で駆動電流を流す第1導電路、駆動端子となる電極13aと他方の出力端子となる例えば電極13cとの間で駆動電流を流す第2導電路が一体に形成されている。感磁部12は磁場が印加される部分であり、感磁部12内の第1導電路及び第2導電路に対して、印加された磁場に応じたローレンツ力による抵抗変化が生じる。
The substrate 11 is formed with the magnetic sensing portion 12 directly or via an insulating layer or the like, and may be a semiconductor substrate or an insulating substrate. The semiconductor substrate may be a silicon substrate, a compound semiconductor substrate, or the like, and the insulating substrate may be, for example, a ceramic substrate. The substrate 11 may have an electric circuit formed in or on the substrate 11 .
The magnetic field sensing portion 12 is formed on one surface of the substrate 11, and serves as a drive terminal or a first conductive path through which a drive current flows between, for example, an electrode 13a, which serves as a drive terminal, and, for example, an electrode 13b, which serves as one output terminal. A second conductive path is integrally formed between the electrode 13a and the other output terminal, for example, the electrode 13c, through which the drive current flows. The magnetic field sensing portion 12 is a portion to which a magnetic field is applied, and resistance changes occur in the first conductive path and the second conductive path in the magnetic field sensing portion 12 due to the Lorentz force according to the applied magnetic field.

図1では、電極13a~13cを、平面視で三角柱状の感磁部12の三角形の頂点となる位置近傍に配置しているが、これに限るものではなく、電極13a~13cは、これら電極13a~13cを頂点とする少なくとも一つの三角形が形成されるように配置されていればよい。なお、電極を4つ以上設ける場合は、複数の電極のうちのいずれか3つが、少なくとも一つの三角形を形成するように配置されていればよい。
このような3つの電極で形成される三角形としては、正三角形が好ましい。正三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、後述する感度ベクトルにおいて、互いに独立かつ絶対値が等しい感度ベクトルが得られるパターンを設定することができる。
In FIG. 1, the electrodes 13a to 13c are arranged in the vicinity of the vertices of the triangle of the magnetic field sensing portion 12 having a triangular prism shape in a plan view, but the present invention is not limited to this. It suffices if they are arranged so as to form at least one triangle with vertices 13a to 13c. When four or more electrodes are provided, any three of the plurality of electrodes may be arranged so as to form at least one triangle.
An equilateral triangle is preferable as the triangle formed by such three electrodes. By forming an equilateral triangle, it is possible to set, as a connection pattern to be described later, a pattern that obtains sensitivity vectors that are independent of each other and have equal absolute values in the sensitivity vectors to be described later.

また、電極を頂点とする二等辺三角形を形成してもよい。二等辺三角形を形成することで、後述する接続パターンとして、駆動端子から2つの出力端子までの距離が等しくなることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを設定することができる。
特に、電極を4つ以上設ける場合は、このような二等辺三角形が複数形成されるようにしてもよく、この場合、二等辺三角形が少なくとも二つ形成されることが好ましく、少なくとも三つ形成されることがさらに好ましい。電極がこのように配置されていることで、オフセット成分のより少ない信号を得ることができるパターンを複数設定することができる。
Alternatively, an isosceles triangle having the electrodes as vertices may be formed. By forming an isosceles triangle, the distances from the drive terminal to the two output terminals become equal as a connection pattern, which will be described later, so that a pattern that can obtain a signal with less offset components can be set.
In particular, when four or more electrodes are provided, a plurality of such isosceles triangles may be formed. In this case, at least two isosceles triangles are preferably formed, and at least three areosceles triangles are preferably formed. is more preferred. By arranging the electrodes in this way, it is possible to set a plurality of patterns that can obtain signals with less offset components.

さらに、電極は、平面視で回転対称となる位置に配置されていてもよい。電極が回転対称となる位置に形成されていることで、二等辺三角形が複数形成されオフセット成分のより少ない信号が得られるパターンを複数設定することができ、かつ、後述の演算部20における計算量を少なくすることができ、演算部20での演算負荷を低減することができる。この場合、n個の電極がm回回転対称となる位置に配置されていてもよい(ただし、n≧3を満たす整数であり、mは3≦m≦nを満たす整数である。)。 Furthermore, the electrodes may be arranged at positions that are rotationally symmetrical in a plan view. Since the electrodes are formed at rotationally symmetrical positions, it is possible to set a plurality of patterns in which a plurality of isosceles triangles are formed and signals with less offset components can be obtained, and the amount of calculation in the calculation unit 20 described later. can be reduced, and the calculation load in the calculation unit 20 can be reduced. In this case, the n electrodes may be arranged at m-fold rotational symmetry (where n≧3 and m is an integer satisfying 3≦m≦n).

例えば、電極13a~13cは、三回回転対称となる位置(すなわち、正三角形を形成する位置)(以下、三回回転対称形ともいう。)に配置されていてもよい。
4つ以上の電極を備える場合には、三回回転対称となる位置に配置されていてもよく、四回回転対称となる位置に配置されていてもよい。つまり、図2(a)に示すように4つの電極のうち3つの電極が三角形を形成する位置に配置され、残りの1つの電極が三角形の中に配置されていてもよい。また、図2(b)に示すように、正方形の頂点となる位置に4つの電極がそれぞれ配置されていてもよい。
For example, the electrodes 13a to 13c may be arranged at positions having three-fold rotational symmetry (that is, positions forming an equilateral triangle) (hereinafter also referred to as three-fold rotational symmetry).
When four or more electrodes are provided, they may be arranged at positions having three-fold rotational symmetry, or may be arranged at positions having four-fold rotational symmetry. That is, as shown in FIG. 2(a), three of the four electrodes may be arranged at positions forming a triangle, and the remaining one electrode may be arranged inside the triangle. Alternatively, as shown in FIG. 2B, four electrodes may be arranged at the vertices of a square.

なお、ここでは、平面視で上面が平面となる感磁部12上に電極13a~13cを配置する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、感磁部12を段差のある形状に形成し、3つ又は4つ以上の電極を異なる高さの位置に配置してもよい。また、例えば三角柱状に形成された感磁部12において、三角柱のいずれか三つの面それぞれに電極13a~13cが配置されていてもよい。
信号処理部3は、スイッチ部21と、駆動部22と、演算部20とを備え、演算部20は、検出部23a及び23bと、出力部24と、演算処理部25と、を備える。
Here, the case where the electrodes 13a to 13c are arranged on the magnetic sensing portion 12 whose upper surface is flat in plan view has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the magnetic sensing part 12 may be formed in a stepped shape, and three or four or more electrodes may be arranged at different height positions. Further, in the magnetic sensing portion 12 formed in a triangular prism shape, for example, the electrodes 13a to 13c may be arranged on any three surfaces of the triangular prism.
The signal processing section 3 includes a switch section 21 , a drive section 22 and a calculation section 20 , and the calculation section 20 includes detection sections 23 a and 23 b , an output section 24 and a calculation processing section 25 .

スイッチ部21は、電極13a~13cと、駆動部22、検出部23a及び23bとの接続パターンの切り替えを行い、駆動部22、検出部23a及び23bのそれぞれと接続される電極13a~13cを切り替える。つまり、スイッチ部21は、電極13a~13cと、駆動部22、検出部23a及び23bとの接続を、接続先が異なる3つの接続パターンに切り替える。なお、駆動部22、検出部23a及び23bのそれぞれは接続端子を有し、スイッチ部21では、電極13a~13cと、駆動部22、検出部23a及び23bのそれぞれの接続端子とを接続する。また、接続パターンのそれぞれは、感磁部12が3つの電極13a~13cを含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及びこの平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定される。 The switch unit 21 switches connection patterns between the electrodes 13a to 13c, the drive unit 22, and the detection units 23a and 23b, and switches the electrodes 13a to 13c connected to the drive unit 22 and the detection units 23a and 23b, respectively. . That is, the switch section 21 switches the connection between the electrodes 13a to 13c, the drive section 22, and the detection sections 23a and 23b to three connection patterns with different connection destinations. The drive section 22 and the detection sections 23a and 23b each have a connection terminal. In the switch section 21, the electrodes 13a to 13c are connected to the connection terminals of the drive section 22 and the detection sections 23a and 23b. Each of the connection patterns is sensitive to both magnetic field components in the direction perpendicular to the plane containing the three electrodes 13a to 13c and to magnetic field components in the direction parallel to this plane. is set to

駆動部22は、ホール素子(検出子)2を駆動する。検出部23a及び23bは、スイッチ部21を介して電極13a~13cのうちのいずれか二つの電極から検出子出力を取り出し、出力部24に出力する。
出力部24は、検出部23a及び23bから入力される入力信号に基づき、検出部23a、23bと接続される二つの電極の端子間の電位差又は二つの電極を流れる電流差からなる信号を取得し、電位差又は電流差を表す信号を差分信号Si(i=1~3 iは各接続パターンを表す変数。)として演算処理部25に出力する。
演算処理部25は、出力部24から入力される差分信号Siを、例えば演算処理部25に設けられた記憶領域25aに記憶し、電極13a~13cと、駆動部22、検出部23a及び23bとの接続先が異なる3つの接続パターンそれぞれにおいて差分信号Siを取得したならば、記憶領域25aに記憶している3つの接続パターンにおける差分信号Siをもとに、三軸方向の磁場強度を表す三軸磁場測定信号Bx~Bzを演算し出力する。
The drive unit 22 drives the Hall element (detector) 2 . The detectors 23a and 23b extract detector outputs from any two of the electrodes 13a to 13c through the switch 21 and output them to the output 24. FIG.
The output unit 24 acquires a signal consisting of the potential difference between the terminals of the two electrodes connected to the detection units 23a and 23b or the current difference flowing through the two electrodes based on the input signals input from the detection units 23a and 23b. , a signal representing the potential difference or the current difference is output to the arithmetic processing unit 25 as a difference signal Si (i=1 to 3, i is a variable representing each connection pattern).
The arithmetic processing unit 25 stores the difference signal Si input from the output unit 24, for example, in a storage area 25a provided in the arithmetic processing unit 25, and the electrodes 13a to 13c, the driving unit 22, and the detecting units 23a and 23b. After obtaining the difference signal Si for each of the three connection patterns with different connection destinations, the three signals representing the magnetic field strength in the three axial directions are obtained based on the difference signal Si for the three connection patterns stored in the storage area 25a. It calculates and outputs axial magnetic field measurement signals Bx to Bz.

〔ホール素子の駆動方法〕
次に、ホール素子(検出子)2の駆動方法を説明する。
ここでは、電極13a~13cが、三回回転対称形に配置されている場合について説明する。
(第一の駆動方法)
まず、第一の駆動方法を説明する。
図3は、ホール素子2を定電流駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
図3において、T1は駆動端子、T2及びT3は出力端子である。電極13a~13cのうち、スイッチ部21によって、駆動部22と接続される電極が駆動端子T1となり、検出部23aと接続される電極が出力端子T2となり、検出部23bと接続される電極が出力端子T3となる。
第一の駆動方法では、図3に示すように、駆動端子T1を電源に接続し、出力端子T2を定電流源31aを介してシグナル・グラウンド電位に接続し、同様に、出力端子T3を定電流源31bを介してシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、二つの出力端子T2及びT3から同一の定電流Icをそれぞれ引く。このときに出力端子T2及びT3間に発生する電位差を差分信号Siとして取得する。つまり、電圧検出器32により出力端子T2と出力端子T3との間の電位差ΔVを検出し、電圧検出器32の出力を、図3に示す接続パターンでホール素子2を駆動した場合に得られる差分信号Siとして取得する。
[Method for Driving Hall Element]
Next, a method of driving the Hall element (detector) 2 will be described.
Here, the case where the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry will be described.
(First driving method)
First, the first driving method will be explained.
FIG. 3 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining a driving method when the Hall element 2 is driven with a constant current.
In FIG. 3, T1 is a drive terminal, and T2 and T3 are output terminals. Among the electrodes 13a to 13c, the electrode connected to the drive unit 22 by the switch unit 21 becomes the drive terminal T1, the electrode connected to the detection unit 23a becomes the output terminal T2, and the electrode connected to the detection unit 23b is output. It becomes the terminal T3.
In the first driving method, as shown in FIG. 3, the drive terminal T1 is connected to the power supply, the output terminal T2 is connected to the signal ground potential via the constant current source 31a, and similarly the output terminal T3 is connected to the constant current potential. Connected to signal ground potential via current source 31b. Then, the same constant current Ic is drawn from the two output terminals T2 and T3. A potential difference generated between the output terminals T2 and T3 at this time is acquired as a differential signal Si. That is, the voltage detector 32 detects the potential difference ΔV between the output terminal T2 and the output terminal T3, and the output of the voltage detector 32 is the difference obtained when the Hall element 2 is driven in the connection pattern shown in FIG. obtained as a signal Si.

電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部12に磁場がかかっていない状態では、図3において、駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗r1+r2と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗r1+r3とは略同一となる。そのため、出力端子T2及び出力端子T3間の電位差ΔVは略零となる。
一方、感磁部12に磁場が印加されている場合には、駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗r1+r2と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗r1+r3との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。そのため、出力端子T2及びT3間に電位差が生じ、この差分が電位差ΔVつまり差分信号Siとなる。
When the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry, and no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, in FIG. The resistance r1+r3 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is substantially the same. Therefore, the potential difference ΔV between the output terminal T2 and the output terminal T3 becomes substantially zero.
On the other hand, when a magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, between the resistance r1+r2 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the resistance r1+r3 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3 , there is a difference depending on the magnitude of the applied magnetic field. Therefore, a potential difference occurs between the output terminals T2 and T3, and this difference becomes the potential difference ΔV, that is, the difference signal Si.

ここで、図3において、出力端子T2及びT3間の電位差ΔVは、次式(1)で表すことができる。
ΔV=((Gsi)/net)IB ……(1)
式(1)中のGsiは感磁部12の形状によって決まる予め設定された係数である幾何形状因子、nはキャリア密度、eは電気素量、tは感磁部12の膜厚、Iは入力電流、Bは磁束密度である。
Here, in FIG. 3, the potential difference ΔV between the output terminals T2 and T3 can be expressed by the following equation (1).
ΔV=((Gsi)/net)IB (1)
In equation (1), Gsi is a geometric factor that is a preset coefficient determined by the shape of the magnetically sensitive portion 12, n is the carrier density, e is the elementary charge, t is the film thickness of the magnetically sensitive portion 12, and I is Input current, B is the magnetic flux density.

図1に示す磁気センサ1において、スイッチ部21により、駆動部22、検出部23a及び23bと、電極13a~13cとの接続を順に切り替える。そして、異なる3つの接続パターンそれぞれにおける電位差ΔVを、検出部23a及び23bと出力部24によって検出する。これにより異なる3つの接続パターンにおける差分信号Siを取得することができる。図1に示す検出部23a及び23bと出力部24とが、図3に示す電圧検出器32に対応している。 In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, the switch section 21 sequentially switches the connections between the drive section 22, the detection sections 23a and 23b, and the electrodes 13a to 13c. Then, the potential difference ΔV in each of the three different connection patterns is detected by the detection units 23a and 23b and the output unit 24. FIG. This makes it possible to acquire differential signals Si in three different connection patterns. The detection units 23a and 23b and the output unit 24 shown in FIG. 1 correspond to the voltage detector 32 shown in FIG.

(第二の駆動方法)
次に、第二の駆動方法を説明する。
図4は、ホール素子2を定電圧駆動する場合の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
図4において、T1は駆動端子、T2及びT3は出力端子である。
図4に示すように、駆動端子T1を電圧源41に接続し、出力端子T2をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子T3をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、電圧源41により、駆動端子T1に定電圧Vcを入力し、このときに駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流を電流検出器42で検出し、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流を電流検出器43で検出し、これら電流検出器42及び43で検出される各電流の差分(以後、出力電流差という。)ΔIを取得する。この出力電流差ΔIが差分信号Siとなる。なお、図4中の、r12は、駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗を表し、r31は駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗を表し、r23は出力端子T2と出力端子T3との間の導電路における抵抗を表す。
(Second driving method)
Next, the second driving method will be explained.
FIG. 4 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining a driving method when the Hall element 2 is driven at a constant voltage.
In FIG. 4, T1 is a drive terminal, and T2 and T3 are output terminals.
As shown in FIG. 4, drive terminal T1 is connected to voltage source 41, output terminal T2 is connected to signal ground potential, and output terminal T3 is connected to signal ground potential. A constant voltage Vc is input to the drive terminal T1 by the voltage source 41, and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 at this time is detected by the current detector 42, and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is detected. is detected by the current detector 43, and the difference between the currents detected by the current detectors 42 and 43 (hereinafter referred to as output current difference) ΔI is obtained. This output current difference ΔI becomes the difference signal Si. In FIG. 4, r12 represents the resistance of the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2, r31 represents the resistance of the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3, and r23 represents the resistance of the output terminal T2. It represents the resistance in the conductive path between the output terminal T3.

電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、感磁部12に磁場がかかっていない状態では、図4において、駆動端子T1から出力端子T2への導電路に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路に流れる電流とは略同一となり、出力電流差ΔIは略零となる。
一方、感磁部12に磁場が印加された状態では、駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗r12と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗r31との間に、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。このため、駆動端子T1から出力端子T2への導電路に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路に流れる電流とに差が生じることから、この差分が出力電流差ΔIとして検出され、この出力電流差ΔIが差分信号Siとなる。
When the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry, in the state in which no magnetic field is applied to the magnetic sensing part 12, in FIG. The current flowing through the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is substantially the same, and the output current difference ΔI is substantially zero.
On the other hand, when a magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, between the resistance r12 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the resistance r31 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3, A difference occurs depending on the magnitude of the applied magnetic field. Therefore, a difference occurs between the current flowing through the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing through the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3, and this difference is detected as the output current difference ΔI. and this output current difference ΔI becomes the difference signal Si.

図4において、出力端子T2を流れる電流と出力端子T3を流れる電流との間の電流差、つまり、出力電流差ΔIは、次式(2)で表すことができる。
ΔI=GsvμnetBV ……(2)
式(2)中のGsvは幾何形状因子、μは移動度、nはキャリア密度、eは電気素量、tは感磁部12の膜厚、Bは磁束密度、Vは電圧源41による駆動端子T1への入力電圧である。
In FIG. 4, the current difference between the current flowing through the output terminal T2 and the current flowing through the output terminal T3, that is, the output current difference ΔI can be expressed by the following equation (2).
ΔI=Gsvμ 2 net BV (2)
In equation (2), Gsv is the geometric factor, μ is the mobility, n is the carrier density, e is the elementary charge, t is the film thickness of the magneto-sensitive portion 12, B is the magnetic flux density, and V is the drive by the voltage source 41. is the input voltage to terminal T1.

図1に示す磁気センサ1では、第一の駆動方法と同様に、スイッチ部21により、駆動部22、検出部23a及び23bに接続される電極13a~13cを順に切り替える。そして、異なる3つの接続パターンにおける、出力電流差ΔIを、図1に示す検出部23a及び23bと出力部24によって検出する。これにより異なる3つの接続パターンにおける差分信号Siを取得することができる。 In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, similarly to the first driving method, the switching section 21 sequentially switches the electrodes 13a to 13c connected to the driving section 22 and the detecting sections 23a and 23b. Then, the output current difference ΔI in the three different connection patterns is detected by the detection units 23a and 23b and the output unit 24 shown in FIG. This makes it possible to acquire differential signals Si in three different connection patterns.

(第三の駆動方法)
次に、第三の駆動方法を説明する。
図5は、第三の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
図5に示す等価回路は、図4に示すホール素子2を定電圧駆動する場合の等価回路において、電圧源41に代えて、定電流回路51を設けたものである。駆動端子T1に定電流Icを入力し、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との差分を出力電流差ΔIとして検出する。
(Third driving method)
Next, a third driving method will be explained.
FIG. 5 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining the third driving method.
The equivalent circuit shown in FIG. 5 is obtained by providing a constant current circuit 51 in place of the voltage source 41 in the equivalent circuit for constant voltage driving of the Hall element 2 shown in FIG. A constant current Ic is input to the drive terminal T1, and the difference between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is detected as the output current difference ΔI.

この場合も感磁部12に磁場がかかっていない状態では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とは略同一となる。一方、感磁部12に磁場が印加された状態では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。この出力電流差ΔIを、差分信号Siとして取得する。
図1に示す磁気センサ1では、図4に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部21により、電極13a~13cの接続先を順に切り替え、異なる3つの接続パターンそれぞれにおける、出力電流差ΔIを、図1に示す検出部23a及び23bと出力部24によって検出する。これにより接続パターンの異なる3パターンにおける差分信号Siを取得することができる。
In this case also, when no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 is substantially the same as the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. On the other hand, when a magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 vary depending on the magnitude of the applied magnetic field. there is a difference. This output current difference ΔI is acquired as a differential signal Si.
In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, similarly to the second driving method shown in FIG. is detected by the detection units 23a and 23b and the output unit 24 shown in FIG. This makes it possible to obtain the difference signal Si in three different connection patterns.

(第四の駆動方法)
次に、第四の駆動方法を説明する。
図6は、第四の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
図6に示す等価回路は、図5に示す第三の駆動方法における等価回路において、さらに、出力端子T2とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源52を設け、出力端子T3とシグナル・グラウンド電位間に可変電圧源53を設けたものである。駆動端子T1に定電流Icを入力し、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との差分を出力電流差ΔIとして検出する。この出力電流差ΔIが零となるように、可変電圧源52及び可変電圧源53による印加電圧を調整する。
(Fourth driving method)
Next, a fourth driving method will be explained.
FIG. 6 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining the fourth driving method.
The equivalent circuit shown in FIG. 6 is the equivalent circuit in the third driving method shown in FIG. is provided with a variable voltage source 53. A constant current Ic is input to the drive terminal T1, and the difference between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is detected as the output current difference ΔI. The voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 are adjusted so that the output current difference ΔI becomes zero.

この場合も感磁部12に磁場がかかっていない状態では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加された状態では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図6に示す等価回路では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との出力電流差ΔIを打ち消す電圧を、可変電圧源52及び53により出力端子T2及びT3に印加し、このときの可変電圧源52による印加電圧と可変電圧源53による印加電圧との電圧差を、差分信号Siとして取得する。 In this case also, when no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 is substantially the same as the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. On the other hand, when a magnetic field is applied, a difference occurs between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 according to the magnitude of the applied magnetic field. In the equivalent circuit shown in FIG. 6, variable voltage sources 52 and 53 apply a voltage that cancels out the output current difference ΔI between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. The voltage is applied to T2 and T3, and the voltage difference between the voltage applied by the variable voltage source 52 and the voltage applied by the variable voltage source 53 at this time is obtained as a differential signal Si.

図1に示す磁気センサ1では、図4に示す第二の駆動方法と同様に、スイッチ部21により、電極13a~13cの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との出力電流差ΔIを検出部23a、23b及び出力部24で検出する。さらに出力部24では、出力部24で検出した出力電流差ΔIを打ち消すように可変電圧源52及び53による印加電圧を調整し、調整した可変電圧源52及び53による印加電圧の差分を、差分信号Siとして取得すればよい。なお、この差分信号Siを取得するための処理は、出力部24で実行してもよいし、演算処理部25で実行してもよく、また別途、可変電圧源52及び53による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源52及び53による印加電圧の差分を差分信号Siとして出力する処理を行う処理部を設けてもよい。これにより、異なる3つの接続パターンにおける差分信号Siを取得することができる。 In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, similarly to the second driving method shown in FIG. In each connection pattern, the detection units 23a and 23b and the output unit 24 detect an output current difference ΔI between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. Further, the output section 24 adjusts the voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 so as to cancel the output current difference ΔI detected by the output section 24, and outputs the difference between the adjusted voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 as a difference signal. It can be acquired as Si. The processing for acquiring this difference signal Si may be executed by the output unit 24 or by the arithmetic processing unit 25. Separately, the voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 may be adjusted. and outputting the difference between the voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 as the difference signal Si. Thereby, it is possible to acquire the differential signal Si in three different connection patterns.

(第五の駆動方法)
次に、第五の駆動方法を説明する。
図7は、第五の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
図7に示す等価回路は、図6に示す第四の駆動方法における等価回路において、定電流回路51に代えて電圧源55を設けたものである。電圧源55により駆動端子T1に定電圧Vcを入力し、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との差分を出力電流差ΔIとして検出する。この出力電流差ΔIが零となるように、可変電圧源52及び可変電圧源53による印加電圧を調整する。
(Fifth driving method)
Next, a fifth driving method will be described.
FIG. 7 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining the fifth driving method.
The equivalent circuit shown in FIG. 7 is obtained by providing a voltage source 55 instead of the constant current circuit 51 in the equivalent circuit in the fourth driving method shown in FIG. A constant voltage Vc is input to the drive terminal T1 by the voltage source 55, and the difference between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 is detected as the output current difference ΔI. The voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 are adjusted so that the output current difference ΔI becomes zero.

この場合も感磁部12に磁場がかかっていない状態では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とは略同一となる。一方、磁場が印加されている場合には、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流とに、印加された磁場の大きさに応じた差が生じる。図7に示す等価回路では、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との出力電流差ΔIを打ち消す電圧を、可変電圧源52及び53により出力端子T2及びT3に印加し、このときの可変電圧源52による印加電圧と可変電圧源53による印加電圧との電圧差を、差分信号Siとして取得する。 In this case also, when no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 is substantially the same as the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. On the other hand, when a magnetic field is applied, a difference occurs between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3 according to the magnitude of the applied magnetic field. . In the equivalent circuit shown in FIG. 7, variable voltage sources 52 and 53 apply a voltage to the output terminal by variable voltage sources 52 and 53 to cancel the output current difference ΔI between the current flowing from the driving terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the driving terminal T1 to the output terminal T3. The voltage is applied to T2 and T3, and the voltage difference between the voltage applied by the variable voltage source 52 and the voltage applied by the variable voltage source 53 at this time is obtained as a differential signal Si.

図1に示す磁気センサ1では、第四の駆動方法と同様に、スイッチ部21により、電極13a~13cの接続先を順に切り替える。そして、各接続パターンにおいて、駆動端子T1から出力端子T2に流れる電流と、駆動端子T1から出力端子T3に流れる電流との出力電流差ΔIを検出部23a、23b及び出力部24で検出する。さらに、出力部24又は演算処理部25又は、別途、可変電圧源52及び53による印加電圧を調整する処理及び、可変電圧源52及び53による印加電圧の差分を差分信号Siとして出力する処理を行う処理部によって、異なる3つの接続パターンにおける差分信号Siを取得すればよい。 In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, the connection destinations of the electrodes 13a to 13c are sequentially switched by the switch section 21 as in the fourth driving method. In each connection pattern, the detection units 23a and 23b and the output unit 24 detect an output current difference ΔI between the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the current flowing from the drive terminal T1 to the output terminal T3. Furthermore, the output unit 24 or the arithmetic processing unit 25 or separately performs a process of adjusting the voltage applied by the variable voltage sources 52 and 53 and a process of outputting the difference between the voltages applied by the variable voltage sources 52 and 53 as a difference signal Si. The difference signal Si in three different connection patterns may be acquired by the processing unit.

(第六の駆動方法)
次に、第六の駆動方法を説明する。
図8は、第六の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
第六の駆動方法は、図8の等価回路に示すように、定電圧を入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図8に示すように、駆動端子T1を電圧源61に接続し、出力端子T2をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子T3をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子T1に定電圧Vcを入力し、出力端子T3の電位を電圧検出器62で検出する。この出力端子T3の電位の磁場印加による変動が、差分信号Siとなる。
(Sixth driving method)
Next, a sixth driving method will be described.
FIG. 8 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining the sixth driving method.
A sixth driving method, as shown in the equivalent circuit of FIG. 8, acquires as an output the fluctuation of the midpoint potential when a constant voltage is input.
As shown in FIG. 8, drive terminal T1 is connected to voltage source 61, output terminal T2 is connected to signal ground potential, and output terminal T3 is connected to signal ground potential. A constant voltage Vc is input to the drive terminal T1, and the voltage detector 62 detects the potential of the output terminal T3. A change in the potential of the output terminal T3 due to the application of the magnetic field becomes the difference signal Si.

電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図8において、駆動端子T1と出力端子T3間の導電路における抵抗r31と、出力端子T3及び出力端子T2間の導電路における抵抗r23とは略同一となり、出力端子T3の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部12に磁場がかかっていないときの駆動端子T1及び出力端子T2間の電位差が、抵抗r31及びr23によって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば接続パターン毎に予め検出し記憶領域25aに記憶しておく。 When the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry, when no magnetic field is applied, in FIG. and the resistance r23 in the conductive path between the output terminal T2 and the output terminal T2 are substantially the same, and the potential of the output terminal T3 is substantially the same as the midpoint potential. Here, the midpoint potential is a potential obtained by dividing the potential difference between the drive terminal T1 and the output terminal T2 by the resistors r31 and r23 when no magnetic field is applied to the magnetic sensing section 12 . This midpoint potential is detected in advance for each connection pattern and stored in the storage area 25a, for example.

一方、磁場が印加されている場合には、抵抗r31と抵抗r23との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子T3の電位が生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子T3の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子T3と中点電位との電位差を、差分信号Siとして取得する。
図1に示す磁気センサ1では、スイッチ部21により、駆動端子T1、出力端子T2、出力端子T3に接続される電極13a~13cを順に切り替える。そして、検出部23a及び23bと出力部24とにより、各接続パターンにおいて、出力端子T3の電圧を検出し、出力端子T3の電位と中点電位との差分を差分信号Siとして出力する。これにより異なる3つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Siを取得することができる。
On the other hand, when a magnetic field is applied, a difference occurs between the resistors r31 and r23 according to the strength of the applied magnetic field, and the potential of the output terminal T3 fluctuates according to the resulting resistance difference. do. That is, the potential of the output terminal T3 does not match the midpoint potential. A potential difference between the output terminal T3 and the midpoint potential is obtained as a differential signal Si.
In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, the switch section 21 sequentially switches the electrodes 13a to 13c connected to the drive terminal T1, the output terminal T2, and the output terminal T3. The detection units 23a and 23b and the output unit 24 detect the voltage of the output terminal T3 in each connection pattern, and output the difference between the potential of the output terminal T3 and the midpoint potential as a difference signal Si. Thereby, it is possible to acquire the difference signal Si in each of the three different connection patterns.

(第七の駆動方法)
次に、第七の駆動方法を説明する。
図9は、第七の駆動方法を説明するための、ホール素子2部分の模式的な等価回路である。
第七の駆動方法は、図9の等価回路に示すように、定電流Icを入力した時の中点電位の変動を出力として取得するようにしたものである。
図9に示すように、駆動端子T1を電流源63に接続し、出力端子T2をシグナル・グラウンド電位に接続し、出力端子T3をシグナル・グラウンド電位に接続する。そして、駆動端子T1に定電流Icを入力し、出力端子T3の電位を電圧検出器64で検出する。この出力端子T3の電位の磁場印加による変動が、差分信号Siとなる。
(Seventh driving method)
Next, the seventh driving method will be explained.
FIG. 9 is a schematic equivalent circuit of the Hall element 2 portion for explaining the seventh driving method.
The seventh driving method, as shown in the equivalent circuit of FIG. 9, obtains as an output the change in the midpoint potential when the constant current Ic is input.
As shown in FIG. 9, drive terminal T1 is connected to current source 63, output terminal T2 is connected to signal ground potential, and output terminal T3 is connected to signal ground potential. A constant current Ic is input to the drive terminal T1, and the voltage detector 64 detects the potential of the output terminal T3. A change in the potential of the output terminal T3 due to the application of the magnetic field becomes the differential signal Si.

電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、磁場が印加されていない場合には、図9において、駆動端子T1と出力端子T2間の導電路における抵抗r1と抵抗r2とは略同一となり、出力端子T3の電位は中点電位と略同一となる。ここでいう、中点電位とは、感磁部12に磁場がかかっていないときの駆動端子T1と出力端子T2との間の電位差の、抵抗r1と抵抗r2とによって分圧された電位をいう。この中点電位は、例えば各接続パターン毎に予め検出し記憶領域25aに記憶しておく。 When the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry and no magnetic field is applied, in FIG. are substantially the same, and the potential of the output terminal T3 is substantially the same as the midpoint potential. The term "midpoint potential" as used herein refers to the potential difference between the drive terminal T1 and the output terminal T2 when no magnetic field is applied to the magnetic sensing section 12, which is the potential divided by the resistors r1 and r2. . This midpoint potential is detected in advance for each connection pattern and stored in the storage area 25a, for example.

一方、磁場が印加されている場合には、抵抗r1と抵抗r2との間に、印加された磁場の強さに応じた差が生じ、出力端子T3の電位が、抵抗r1及びr2間に生じた抵抗差に応じて変動する。すなわち、出力端子T3の電位が中点電位とは一致しない。この出力端子T3と中点電位との電位差を、差分信号Siとして取得する。
図1に示す磁気センサ1では、スイッチ部21により、駆動端子T1、出力端子T2、出力端子T3に接続される電極13a~13cを順に切り替える。そして、検出部23a及び23bと出力部24とにより、各接続パターンにおいて、出力端子T3の電圧を検出し、出力端子T3の電位と中点電位との差分を差分信号Siとして出力する。これにより異なる3つの接続パターンそれぞれにおける差分信号Siを取得することができる。
On the other hand, when a magnetic field is applied, a difference corresponding to the strength of the applied magnetic field is generated between the resistors r1 and r2, and the potential of the output terminal T3 is generated between the resistors r1 and r2. It fluctuates according to the resistance difference. That is, the potential of the output terminal T3 does not match the midpoint potential. A potential difference between the output terminal T3 and the midpoint potential is obtained as a differential signal Si.
In the magnetic sensor 1 shown in FIG. 1, the switch section 21 sequentially switches the electrodes 13a to 13c connected to the drive terminal T1, the output terminal T2, and the output terminal T3. The detection units 23a and 23b and the output unit 24 detect the voltage of the output terminal T3 in each connection pattern, and output the difference between the potential of the output terminal T3 and the midpoint potential as a difference signal Si. Thereby, it is possible to acquire the difference signal Si in each of the three different connection patterns.

〔三軸方向の磁場強度の演算方法〕
次に、異なる3つの接続パターンにおける差分信号Siから、三軸方向の磁場強度を取得するための取得方法を説明する。なお、この三軸方向の磁場強度を取得するための演算は演算処理部25で実行される。
図10は、ホール素子2に含まれる感磁部12の感度ベクトルを説明するための説明図であって、図10(a)は感磁部を薄膜半導体で形成した場合、図10(b)は感磁部を厚膜半導体で形成した場合の一例を示す。また、図10は、感磁部に3つの電極が形成されている場合を示す。
図10(a)に示すように、感磁部を薄膜半導体で形成した場合、つまり、二次元薄膜で形成した場合、感磁部は、面直磁場にのみ感度を有する。そのため、図10(c)に示すベクトルを有する磁場が感磁部に印加されたとしても、図10(a)に示す感磁部では、面直方向の磁場強度しか検出することができない。
[Calculation method of magnetic field intensity in three axial directions]
Next, an acquisition method for acquiring magnetic field strengths in three axial directions from differential signals Si in three different connection patterns will be described. Note that the computation for obtaining the magnetic field strength in these three axial directions is executed by the computation processing unit 25 .
10A and 10B are explanatory diagrams for explaining the sensitivity vector of the magnetic sensing portion 12 included in the Hall element 2. FIG. shows an example in which the magnetic sensing portion is formed of a thick-film semiconductor. Also, FIG. 10 shows a case where three electrodes are formed in the magnetic sensing portion.
As shown in FIG. 10(a), when the magnetic sensing portion is formed of a thin film semiconductor, that is, when formed of a two-dimensional thin film, the magnetic sensing portion has sensitivity only to a perpendicular magnetic field. Therefore, even if a magnetic field having a vector shown in FIG. 10(c) is applied to the magnetic field sensing portion, the magnetic field sensing portion shown in FIG. 10(a) can detect only the magnetic field strength in the perpendicular direction.

図10(b)に示すように、感磁部を厚膜半導体で形成した場合、感磁部は、面直方向に感度を有すると共に、厚膜半導体の面内磁場(横磁場)に感度を有する。つまり、図10(b)に示すように、面直方向の感度を表すベクトルを面直感度ベクトルMmαとし、面内磁場に対する感度を表すベクトルを面内感度ベクトルMmβとしたとき、感磁部は、面直感度ベクトルMmαと面内感度ベクトルMmβとを合成した方向のベクトル、つまり合成感度ベクトルMmを検出することができ、斜磁場に対する感度を有することになる。すなわち、図10(c)に示す磁場のベクトル方向に感度を有することになる。 As shown in FIG. 10(b), when the magnetic sensing portion is formed of a thick-film semiconductor, the magnetic sensing portion has sensitivity in the direction perpendicular to the plane, and also sensitivity to the in-plane magnetic field (transverse magnetic field) of the thick-film semiconductor. have. That is, as shown in FIG. 10(b), when the vector representing the sensitivity in the direction perpendicular to the plane is defined as the in-plane sensitivity vector Mmα and the vector representing the sensitivity to the in-plane magnetic field is defined as the in-plane sensitivity vector Mmβ, the magnetic sensing part is , a vector in the direction obtained by synthesizing the in-plane sensitivity vector Mmα and the in-plane sensitivity vector Mmβ, that is, the synthesized sensitivity vector Mm, and has sensitivity to the oblique magnetic field. That is, it has sensitivity in the vector direction of the magnetic field shown in FIG. 10(c).

図11は、電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、つまり、120度の角度間隔で配置されている場合の、三軸方向の磁場強度の演算方法を説明するための説明図である。例えば、図11(a)に示すように、電極13aを駆動端子、電極13b及び電極13cをそれぞれ出力端子T2、T3としたとき(第1相)、感磁部12は、図11(a)中にMi(i=1)で示す方向に感度ベクトルを有する。図11(b)は図11(a)を平面視したときの感度ベクトルを表す。また、図11(c)は、図11(a)において、電極13bを駆動端子T1とした場合(第2相)、図11(d)は、図11(a)において、電極13cを駆動端子T1とした場合(第3相)の、平面視における感度ベクトルM2、M3を表す。 FIG. 11 is for explaining the calculation method of the magnetic field strength in the three axial directions when the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry, that is, arranged at angular intervals of 120 degrees. It is an explanatory diagram. For example, as shown in FIG. 11A, when the electrode 13a is the driving terminal, and the electrodes 13b and 13c are the output terminals T2 and T3, respectively (first phase), the magnetic field sensing portion 12 is shown in FIG. has a sensitivity vector in the direction indicated by Mi (i=1). FIG. 11(b) represents the sensitivity vector when FIG. 11(a) is viewed from above. FIG. 11(c) shows a case where the electrode 13b is the drive terminal T1 (second phase) in FIG. 11(a), and FIG. Sensitivity vectors M2 and M3 in a planar view are represented when T1 (third phase).

ここで、i相における感度ベクトルMiは、次式(3)で表すことができる。なお、i=第i相目を表す。つまり、各接続パターンを表す変数である。ここではi=1~3である。また、式中のMiαは第i相目の面直感度ベクトルを表し、Miβは第i相目の面内感度ベクトルを表す。
Mi=Miα+Miβ ……(3)
Here, the sensitivity vector Mi in the i phase can be expressed by the following equation (3). Note that i=i-th phase. That is, it is a variable representing each connection pattern. Here i=1-3. In the formula, Miα represents the i-th phase in-plane sensitivity vector, and Miβ represents the ith-phase in-plane sensitivity vector.
Mi=Miα+Miβ (3)

つまり、図11(e)に示す磁場ベクトルBが、感磁部12に印加された場合の、第1相~第3相における感度ベクトルMiは、次式(4)で表すことができる。
M1=M1α+M1β
M2=M2α+M2β
M3=M3α+M3β ……(4)
(4)式で表される3つの式を合成して得られる感度ベクトルが、3軸のうちのいずれか一つの方向成分のみとなるように、ベクトル演算する。
That is, the sensitivity vector Mi in the first to third phases when the magnetic field vector B shown in FIG.
M1=M1α+M1β
M2=M2α+M2β
M3=M3α+M3β (4)
Vector calculation is performed so that the sensitivity vector obtained by synthesizing the three equations represented by equation (4) has only one directional component of the three axes.

ここで、電極13a~13cが三回回転対称形に配置されている場合、感度ベクトルM1~M3には、次式(5)で表される関係がある。
ΣMiβ=0(i=1~3)
M1α=M2α=M2α ……(5)
Here, when the electrodes 13a to 13c are arranged in a three-fold rotational symmetry, the sensitivity vectors M1 to M3 have the relationship represented by the following equation (5).
ΣMiβ=0 (i=1 to 3)
M1α=M2α=M2α (5)

したがって、各軸方向成分の感度ベクトルは次式(6)で表すことができる。なお、MxはX軸方向成分の感度ベクトル、MyはY軸方向成分の感度ベクトル、MzはZ軸方向成分の感度ベクトルを表す。
Mx=2M1-M2-M3=2M1β-M2β-M3β
My=M2-M3=M2β-M3β
Mz=M1+M2+M3=M1α+M2α+M3α ……(6)
つまり、X軸方向成分Mxは、第1相~第3相における面内感度ベクトルM1β~M3βのみから演算することができる。Y軸方向成分Myは、第1相~第3相における面内感度ベクトルM2β及びM3βのみから演算することができる。さらに、Z軸方向成分Mzは、第1相~第3相における面直感度ベクトルM1α~M3αのみから演算することができる。
Therefore, the sensitivity vector of each axial component can be expressed by the following equation (6). Mx represents the sensitivity vector of the X-axis direction component, My represents the sensitivity vector of the Y-axis direction component, and Mz represents the sensitivity vector of the Z-axis direction component.
Mx=2M1-M2-M3=2M1β-M2β-M3β
My=M2-M3=M2β-M3β
Mz=M1+M2+M3=M1α+M2α+M3α (6)
That is, the X-axis direction component Mx can be calculated only from the in-plane sensitivity vectors M1β to M3β in the first to third phases. The Y-axis direction component My can be calculated only from the in-plane sensitivity vectors M2β and M3β in the first to third phases. Furthermore, the Z-axis direction component Mz can be calculated only from the surface sensitivity vectors M1α to M3α in the first to third phases.

ここで、第i相においてホール素子2から出力される差分信号Siは、次式(7)で表すことができる。なお、(7)式中のMijは、第i相目におけるj方向成分の感度を表し、Bjは、感磁部12に印加される磁場のj方向成分であることを表す。j=X軸、Y軸、Z軸である。
Si=MixBx+MiyBy+MizBz ……(7)
(7)式で表される差分信号Siを、i=1~nとして行列で表すと、次式(8)で表すことができ、(8)式から、三軸方向の各成分の磁場は式(9)から得られることがわかる。
三軸方向の各成分の磁場を演算するための演算行列を一般形で表すと、次式(10)で表すことができる。なお、以下、(10)式で表す行列Mを、三軸磁場演算行列(一般形)という。
Here, the differential signal Si output from the Hall element 2 in the i-th phase can be expressed by the following equation (7). Note that Mij in the equation (7) represents the sensitivity of the j-direction component in the i-th phase, and Bj represents the j-direction component of the magnetic field applied to the magnetic sensing section 12 . j=X-axis, Y-axis, Z-axis.
Si=MixBx+MiyBy+MizBz (7)
When the difference signal Si represented by the equation (7) is represented by a matrix with i=1 to n, it can be represented by the following equation (8). From the equation (8), the magnetic field of each component in the three axial directions is It can be seen that it is obtained from the equation (9).
If the calculation matrix for calculating the magnetic field of each component in the three axial directions is expressed in a general form, it can be expressed by the following equation (10). Note that the matrix M represented by the formula (10) is hereinafter referred to as a triaxial magnetic field calculation matrix (general form).

Figure 0007141825000001
Figure 0007141825000001

なお、(9)式中の「†」は、一般逆行列であることを表す。
(9)式から、三軸方向の各磁場成分は、三軸磁場演算行列(一般形)Mの逆行列Mが存在すること(detM≠0)が、三軸磁場測定が可能な条件であることがわかる。例えば、3つの電極13a~13cが同一直線上に配置されている場合には逆行列Mは存在しない。つまり、逆行列Mが存在するためには、3つの電極13a~13cが三角形を形成する位置に配置されている必要がある。
In addition, "†" in (9) expresses that it is a general inverse matrix.
From equation (9), each magnetic field component in the triaxial direction has an inverse matrix M of the triaxial magnetic field calculation matrix (general form) M (detM≠0). I know there is. For example, the inverse matrix M does not exist if the three electrodes 13a-13c are arranged on the same straight line. That is, in order for the inverse matrix M to exist, the three electrodes 13a to 13c must be arranged at positions forming a triangle.

〔オフセット成分の除去方法〕
次に、ホール素子2のオフセット成分の除去方法を説明する。
(定電流駆動法により駆動する場合)
電極13a~13cが、図12に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子2を、図3に示す定電流駆動法により駆動した場合、感磁部12の内部抵抗は図12(a)に示す等価回路で表すことができる。感磁部12に磁場が印加されていない場合には、駆動端子T1としての電極から出力端子T2への導電路における抵抗と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗は略同一となり、感磁部12の僅かな非対称性によって生じる抵抗r2と抵抗r3との差に応じた電位差のみがオフセット成分Vuとして出力される。感磁部12に磁場が印加されている場合には、駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗と、駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子T2及びT3間には抵抗差に応じた磁電変換成分Vhの電位差が出力される。
感磁部12に磁場が印加されているときの、出力端子T2及びT3間の電位差V23は、次式(11)で表すことができる。
V23=V2-V3=Vu+Vh ……(11)
[Method for removing offset components]
Next, a method for removing the offset component of the Hall element 2 will be described.
(When driven by the constant current drive method)
When the Hall element 2 in which the electrodes 13a to 13c are arranged in three-fold rotational symmetry as shown in FIG. 12 is driven by the constant current driving method shown in FIG. It can be represented by the equivalent circuit shown in (a). When no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, the resistance of the conductive path from the electrode serving as the drive terminal T1 to the output terminal T2 is substantially the same as the resistance of the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3. , only the potential difference corresponding to the difference between the resistance r2 and the resistance r3 caused by slight asymmetry of the magnetic field sensing portion 12 is output as the offset component Vu. When a magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, a magnetic field is applied between the resistance in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2 and the resistance in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T3. A difference corresponding to the magnetic field is generated, and a potential difference of the magnetoelectric conversion component Vh corresponding to the resistance difference is output between the output terminals T2 and T3.
A potential difference V23 between the output terminals T2 and T3 when a magnetic field is applied to the magnetic sensing section 12 can be expressed by the following equation (11).
V23=V2-V3=Vu+Vh (11)

次に、図12(b)に示すように、出力端子T2から出力端子T3に、定電流Icを流す。このとき図12(b)に示すように、感磁部12には、出力端子T2から出力端子T3への導電路が形成される。すなわち、図12(a)に示した場合とは抵抗r2に流れる電流が逆向きになる。感磁部12に磁場が印加されていない場合には、出力端子T2及びT3間の抵抗r2及びr3は略同一となり、駆動端子T1の電位は出力端子T2及びT3間に生じる電位差V23cの中間値(以後、電位差中間値という。)、つまりV23c/2となる。ここで、電位差V23cとは定電流Icを出力端子T2及びT3間に流した際に両端に生じる電位差である。感磁部12の僅かな非対称性によって抵抗r2と抵抗r3との間に抵抗差が生じ、駆動端子T1の電位と電位差中間値V23c/2との間に抵抗差に応じたオフセット成分Vuの半分に相当する電位差が生じる。感磁部12に磁場が印加されている場合には、出力端子T2及びT3間の抵抗r2と抵抗r3との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子T1の電位と電位差中間値V23c/2との間に抵抗差に応じた磁電変換成分Vhの半分に相当する電位差が現れ、これが符号反転した電圧値として電圧検出器で検出される。 Next, as shown in FIG. 12(b), a constant current Ic is passed from the output terminal T2 to the output terminal T3. At this time, as shown in FIG. 12(b), a conductive path is formed in the magnetic sensing section 12 from the output terminal T2 to the output terminal T3. That is, the current flowing through the resistor r2 is opposite to that shown in FIG. 12(a). When no magnetic field is applied to the magnetic sensing part 12, the resistances r2 and r3 between the output terminals T2 and T3 are substantially the same, and the potential of the drive terminal T1 is the intermediate value of the potential difference V23c generated between the output terminals T2 and T3. (hereinafter referred to as the potential difference intermediate value), that is, V23c/2. Here, the potential difference V23c is a potential difference that occurs across the output terminals T2 and T3 when the constant current Ic is applied between the output terminals T2 and T3. Due to the slight asymmetry of the magnetic sensing part 12, a resistance difference occurs between the resistance r2 and the resistance r3, and half of the offset component Vu corresponding to the resistance difference between the potential of the drive terminal T1 and the potential difference intermediate value V23c/2. A potential difference corresponding to When a magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, a difference corresponding to the applied magnetic field is generated between the resistor r2 and the resistor r3 between the output terminals T2 and T3, and the potential of the drive terminal T1 and the potential difference A potential difference corresponding to half of the magnetoelectric conversion component Vh corresponding to the resistance difference appears between the intermediate value V23c/2 and is detected by the voltage detector as a voltage value whose sign is inverted.

このときの、駆動端子T1の電位と電位差中間値V23c/2との間の電位差V23′は次式(12)で表すことができる。
V′23=V1-V23c/2=(Vu-Vh)/2 ……(12)
したがって、図12(a)に示す等価回路において検出した「V23」(出力端子T2及びT3間の電位差)から、図12(b)に示す等価回路において検出した「V′23」(駆動端子T1の電位と電位差中間値V23c/2間の電位差)を2倍して減算することにより、ホール素子2のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子T2及びT3間の抵抗差相当の電位差からなる差分信号Siを得ることができる。
At this time, the potential difference V23' between the potential of the drive terminal T1 and the potential difference intermediate value V23c/2 can be expressed by the following equation (12).
V'23=V1-V23c/2=(Vu-Vh)/2 (12)
Therefore, from "V23" (potential difference between output terminals T2 and T3) detected in the equivalent circuit shown in FIG. 12(a), "V'23" (drive terminal T1) detected in the equivalent circuit shown in FIG. and the intermediate value V23c/2) of the potential difference between the output terminals T2 and T3, which does not include the offset component of the Hall element 2 and corresponds to the strength of the applied magnetic field. can obtain a differential signal Si consisting of a potential difference corresponding to the resistance difference of .

上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子2のオフセット成分を含まない、出力端子T2及びT3間の抵抗差相当の電圧からなる差分信号Siを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子2のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、3つの接続パターン毎に、図12(a)に示すように駆動端子T1から駆動電流を供給して出力端子T2及びT3間の電圧からオフセット成分Vuと磁電変換成分Vhを含む信号「V23」を取得する動作と、図12(b)に示すように出力端子T2から出力端子T3へ定電流Icを流して駆動端子T1の電位と電位差中間値V23c/2間の電位差からオフセット成分Vuと符号反転した磁電変換成分Vhを含む信号「V′23」を取得する動作とを行う。つまり、3つの接続パターンに対応した差分信号Siを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
In each connection pattern according to the above-described procedure, a differential signal Si composed of a voltage corresponding to the resistance difference between the output terminals T2 and T3, which does not include the offset component of the Hall element 2, is obtained, and the magnetic field is calculated based on these signals. , the magnetic field intensity can be obtained in which the influence of the offset component of the Hall element 2 is reduced.
Specifically, for every three connection patterns, as shown in FIG. 12(b), a constant current Ic is passed from the output terminal T2 to the output terminal T3 to offset the potential difference between the potential of the drive terminal T1 and the potential difference intermediate value V23c/2. and obtaining a signal "V'23" containing the component Vu and the sign-inverted magnetoelectric conversion component Vh. That is, when obtaining the differential signal Si corresponding to the three connection patterns, predetermined signals are obtained in two phases for each connection pattern, for a total of six phases.

なお、このオフセット成分を除去した差分信号Siを取得する処理は、例えば、出力部24において行われる。また、図12(a)に示す導電路と図12(b)に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部21で行われる。すなわち、スイッチ部21では、例えば、まず電極13a(駆動端子T1)と駆動部22、電極13b(出力端子T2)及び電極13c(出力端子T3)それぞれと検出部23a及び検出部23bそれぞれとを接続し、この状態で差分信号Siを取得する。次に、電極13aと駆動部22とを遮断状態にし、電極13bを定電流源31cに接続し、電極13cをシグナル・グラウンド電位に接続して、電極13bから電極13cに電流を流す。 It should be noted that the process of obtaining the difference signal Si from which the offset component has been removed is performed in the output unit 24, for example. 12(a) and the conductive path shown in FIG. 12(b) are formed by the switch unit 21, for example. That is, in the switch section 21, for example, first, the electrode 13a (drive terminal T1) and the drive section 22, the electrode 13b (output terminal T2) and the electrode 13c (output terminal T3) are connected to the detection section 23a and the detection section 23b, respectively. Then, the difference signal Si is acquired in this state. Next, the electrode 13a and the drive unit 22 are cut off, the electrode 13b is connected to the constant current source 31c, the electrode 13c is connected to the signal ground potential, and current is passed from the electrode 13b to the electrode 13c.

(定電圧駆動法により駆動する場合)
電極13a~13cが、図13に示すように三回回転対称形に配置されているホール素子2を、図4に示す定電圧駆動法により駆動した場合、感磁部12の内部抵抗は図13(a)に示す等価回路で表すことができる。
感磁部12に磁場が印加されていない場合には、駆動端子T1としての電極から出力端子T2及びT3に略同一電流が流れる。そのため、出力端子T2及び出力端子T3間の出力電流差は略零となり、感磁部12の僅かな非対称性によって生じる駆動端子T1から出力端子T2への導電路における抵抗r12と駆動端子T1から出力端子T3への導電路における抵抗r31との差に応じた電流差、つまりオフセット成分Iuのみが、出力端子T2及び出力端子T3間の出力電流差となる。磁場が印加されている場合には、抵抗r12と抵抗r23との間に、印加される磁場に応じた差が生じ、出力端子T2及び出力端子T3間の出力電流差に、抵抗r12と抵抗r23との間の抵抗差に応じた磁電変換成分Ihの電流差が現れる。磁場が印加されているときの、出力端子T2及びT3間の電流差I23は、次式(13)で表すことができる。
I23=I2-I3=Iu+Ih ……(13)
(When driven by the constant voltage drive method)
When the Hall element 2 in which the electrodes 13a to 13c are arranged in three-fold rotational symmetry as shown in FIG. 13 is driven by the constant voltage driving method shown in FIG. It can be represented by the equivalent circuit shown in (a).
When no magnetic field is applied to the magnetic field sensing portion 12, approximately the same current flows from the electrode serving as the drive terminal T1 to the output terminals T2 and T3. Therefore, the output current difference between the output terminal T2 and the output terminal T3 becomes substantially zero, and the resistance r12 in the conductive path from the drive terminal T1 to the output terminal T2 caused by the slight asymmetry of the magnetic sensing part 12 and the output from the drive terminal T1 Only the current difference corresponding to the difference with the resistance r31 in the conduction path to the terminal T3, that is, the offset component Iu, is the output current difference between the output terminals T2 and T3. When a magnetic field is applied, a difference corresponding to the applied magnetic field occurs between the resistor r12 and the resistor r23, and the output current difference between the output terminal T2 and the output terminal T3 causes the resistor r12 and the resistor r23 A current difference of the magnetoelectric conversion component Ih appears according to the resistance difference between . A current difference I23 between the output terminals T2 and T3 when a magnetic field is applied can be expressed by the following equation (13).
I23=I2-I3=Iu+Ih (13)

次に、図13(b)に示すように、出力端子T2に定電圧Vcを印加し、出力端子T3をシグナル・グラウンド電位に接続することにより、出力端子T2及び出力端子T3間に、定電圧Vcをかける。すなわち、図13(a)に示した場合とは抵抗r12に印可される電圧が逆向きになる。また、定電圧Vc/2を出力する電圧源を接続し、駆動端子T1とこの定電圧源とを通る経路に流れる電流を電流検出器で検出する。図13(b)において、抵抗r23の両端には定電圧Vcがかかり、直列に接続された抵抗r12及びr31の両端には定電圧Vcがかかる。感磁部12に磁場が印加されていない場合には、抵抗r12と抵抗r31とは略同一となり、駆動端子T1と定電圧Vc/2を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流は略零となる。つまり感磁部12の僅かな非対称性によって生じる抵抗r12と抵抗r31との間の抵抗差に応じたオフセット成分Iuの半分に相当する電流が駆動端子T1と定電圧Vc/2を出力する電圧源とを通る経路を流れる。この電流が電流検出器で検出される。磁場が印加されている場合には、抵抗r12及びr31間に、印加される磁場に応じた差が生じ、駆動端子T1には抵抗差に応じた磁電変換成分Ihの半分に相当する電流が流れ、これが符号反転した電流値として電流検出器で検出される。 Next, as shown in FIG. 13(b), by applying a constant voltage Vc to the output terminal T2 and connecting the output terminal T3 to the signal ground potential, a constant voltage is applied between the output terminal T2 and the output terminal T3. Apply Vc. That is, the voltage applied to the resistor r12 is opposite to that shown in FIG. 13(a). Also, a voltage source that outputs a constant voltage Vc/2 is connected, and a current detector detects the current flowing through the path passing through the drive terminal T1 and this constant voltage source. In FIG. 13B, a constant voltage Vc is applied across the resistor r23, and a constant voltage Vc is applied across the serially connected resistors r12 and r31. When no magnetic field is applied to the magnetism sensing section 12, the resistors r12 and r31 are substantially the same, and the current flowing through the path passing through the drive terminal T1 and the voltage source that outputs the constant voltage Vc/2 is substantially zero. becomes. In other words, a current equivalent to half of the offset component Iu corresponding to the resistance difference between the resistors r12 and r31 caused by the slight asymmetry of the magnetic field sensing portion 12 is applied to the drive terminal T1 and the voltage source that outputs the constant voltage Vc/2. Flow through the route. This current is detected by a current detector. When a magnetic field is applied, a difference corresponding to the applied magnetic field occurs between the resistors r12 and r31, and a current corresponding to half of the magnetoelectric conversion component Ih corresponding to the resistance difference flows through the drive terminal T1. , which is detected by the current detector as a current value whose sign is inverted.

磁場が印加されているときの、駆動端子T1と定電圧Vc/2を出力する電圧源とを通る経路に流れる電流I′23は、次式(14)で表すことができる。
I′23=(Iu-Ih)/2 ……(14)
したがって、図13(a)に示す等価回路において検出した「I23」(出力端子T2及びT3間の電流差)から、図13(b)に示す等価回路において検出した「I′23」(駆動端子T1に流れる電流)を2倍して減算することにより、ホール素子2のオフセット成分を含まない、印加された磁場の強さに応じた、出力端子T2及びT3間の電流差からなる差分信号Siを得ることができる。
A current I'23 flowing through the path passing through the drive terminal T1 and the voltage source outputting the constant voltage Vc/2 when the magnetic field is applied can be expressed by the following equation (14).
I′23=(Iu−Ih)/2 (14)
Therefore, from "I23" (current difference between output terminals T2 and T3) detected in the equivalent circuit shown in FIG. 13(a), "I'23" (drive terminal T1 (the current flowing through T1) is doubled and subtracted to obtain a differential signal Si can be obtained.

上述の手順で各接続パターンにおいて、ホール素子2のオフセット成分を含まない、出力端子T2及びT3間の電流差からなる差分信号Siを取得し、これらに基づいて磁場を演算することによって、ホール素子2のオフセット成分による影響を低減した磁場強度を取得することができる。
具体的には、3つの接続パターン毎に、図13(a)に示す等価回路を形成して、出力端子T2及びT3間の電流差からオフセット成分Iuと磁電変換成分Ihを含む信号「I23」を取得する動作と、図13(b)に示す等価回路を形成してオフセット成分Iuと符号反転した磁電変換成分Vhを含む信号「I′23」を電流検出器により取得する動作とを行う。つまり、3つの接続パターンに対応した差分信号Siを取得する際には、各接続パターンについて二フェーズ、計六フェーズにおいて、所定の信号を取得する。
In each connection pattern according to the above-described procedure, the difference signal Si, which does not include the offset component of the Hall element 2 and is composed of the current difference between the output terminals T2 and T3, is obtained. A magnetic field strength can be obtained that is less affected by the offset component of 2.
Specifically, an equivalent circuit shown in FIG. 13A is formed for each of the three connection patterns, and a signal "I23" containing the offset component Iu and the magnetoelectric conversion component Ih is generated from the current difference between the output terminals T2 and T3. and an operation of forming the equivalent circuit shown in FIG. 13(b) to obtain a signal "I'23" containing the offset component Iu and the sign-inverted magnetoelectric conversion component Vh by means of the current detector. That is, when obtaining the differential signal Si corresponding to the three connection patterns, predetermined signals are obtained in two phases for each connection pattern, for a total of six phases.

なお、このオフセット電圧を除去した差分信号Siを取得する処理も、例えば、出力部24において行われる。また、図13(a)に示す導電路と図13(b)に示す導電路とを形成する処理は、例えばスイッチ部21で行われる。
このように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ1は、一つのホール素子2において3つの電極13a~13cを設けることによって、三軸方向の磁場強度を検出することができ、かつ、前記アスペクト比を調整することにより感度を磁場の変化が大きい方向に向けることができ、S/Nの高い信号を得ることができる。したがって、従来に比較してより少ない端子数で、S/Nの高い三軸方向の磁場強度を得ることができる。
The process of obtaining the difference signal Si from which the offset voltage is removed is also performed in the output unit 24, for example. 13A and FIG. 13B are formed by the switch unit 21, for example.
Thus, the magnetic sensor 1 according to one embodiment of the present invention can detect the magnetic field strength in three axial directions by providing the three electrodes 13a to 13c in one Hall element 2, and By adjusting the aspect ratio, the sensitivity can be oriented in the direction in which the change in the magnetic field is large, and a signal with a high S/N ratio can be obtained. Therefore, it is possible to obtain high S/N magnetic field strength in the triaxial directions with a smaller number of terminals than in the prior art.

なお、図1に示す一実施形態に係る磁気センサ1において、4つ以上の電極を備える場合には、4つ以上の電極のうち、三角形を形成する3つの電極を選び、いずれか一つの電極を駆動端子とし、他の二つの電極を出力端子とし、この三角形を形成する3つの電極について、上記実施形態で説明したように接続先を切り替えて接続パターンの異なる少なくとも3つの差分信号Siを取得するようにすればよい。ここで、一つの三角形を選び、当該三角形から少なくとも3つの差分信号Siを取得してもよいし、複数の三角形を選び、これらの三角形から少なくとも3つの差分信号Siを取得してもよい。 When the magnetic sensor 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 has four or more electrodes, three electrodes forming a triangle are selected from among the four or more electrodes, and any one of the electrodes are used as drive terminals, and the other two electrodes are used as output terminals, and for the three electrodes forming the triangle, the connection destinations are switched as described in the above embodiment to acquire at least three differential signals Si with different connection patterns. You should do it. Here, one triangle may be selected and at least three difference signals Si may be obtained from the triangle, or a plurality of triangles may be selected and at least three difference signals Si may be obtained from these triangles.

また、上記実施形態においては、3つの電極13a~13cを備えた磁気センサ1において、1つの接続パターンで一度ずつ、合計3つの接続パターンについて差分信号Siを取得するようにしているが、1つの接続パターンで複数回ずつ、3つの接続パターンそれぞれについて複数の差分信号Siを取得し、取得した複数の差分信号Siに基づき、例えば同一の接続パターンの差分信号Siの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, in the magnetic sensor 1 having the three electrodes 13a to 13c, the differential signal Si is obtained for a total of three connection patterns once for each connection pattern. A plurality of differential signals Si are acquired for each of the three connection patterns for a plurality of times in the connection pattern, and based on the acquired plurality of differential signals Si, for example, by using an average of the differential signals Si of the same connection pattern, the three An axial magnetic field measurement signal may be obtained.

また、4つ以上の電極を備える場合にも、組み合わせの異なる3つ以上の接続パターンで差分信号Siを取得し、そのうちの組み合わせの異なる3つの接続パターンで取得した差分信号Siを用いて上記と同様の手順で三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよく、また、組み合わせの異なる全ての接続パターンで取得した差分信号Si全てを用いて三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。さらに、この場合も、1つの接続パターンで一度ずつ差分信号Siを取得し、接続パターン毎に1つ取得した、複数の差分信号Siを用いて三軸測定信号を取得するようにしてもよく、また、1つの接続パターンで複数回ずつ差分信号Siを取得し、例えば同一の接続パターンの差分信号Siの平均を用いること等によって、三軸磁場測定信号を取得するようにしてもよい。 Further, even when four or more electrodes are provided, the difference signal Si is obtained with three or more connection patterns with different combinations, and the difference signals Si obtained with three connection patterns with different combinations are used as described above. The triaxial magnetic field measurement signal may be obtained by the same procedure, or the triaxial magnetic field measurement signal may be obtained using all the differential signals Si obtained with all connection patterns in different combinations. . Furthermore, also in this case, the differential signal Si may be acquired once for each connection pattern, and the three-axis measurement signal may be acquired using a plurality of differential signals Si, one acquired for each connection pattern, Alternatively, the triaxial magnetic field measurement signal may be obtained by obtaining the difference signal Si multiple times for each connection pattern and, for example, using the average of the difference signals Si for the same connection pattern.

いずれの場合においても、感度ベクトルMiからなる行列Mが、一般逆行列Mを持つように接続先を切り替えることで、三軸磁場測定信号を取得することができる。
また、上記実施形態においては、三軸方向の磁場成分を取得するようにした場合について説明したがこれに限るものではなく、一軸方向の磁場成分のみを取得するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
In either case, the triaxial magnetic field measurement signal can be acquired by switching the connection destination so that the matrix M composed of the sensitivity vectors Mi has a general inverse matrix M .
Further, in the above embodiment, the case where magnetic field components in three axial directions are acquired has been described, but the present invention is not limited to this, and only magnetic field components in one axial direction may be acquired.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments illustrate devices and methods for embodying the technical idea of the present invention. It does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. Various modifications can be made to the technical idea of the present invention within the technical scope defined by the claims.

1 磁気センサ
2 ホール素子
3 信号処理部
11 基板
12 感磁部
13a~13c 電極
21 スイッチ部
22 駆動部
23a、23b 検出部
24 出力部
25 演算処理部
1 Magnetic sensor 2 Hall element 3 Signal processing unit 11 Substrate 12 Magnetic sensing units 13a to 13c Electrode 21 Switch unit 22 Driving unit 23a, 23b Detecting unit 24 Output unit 25 Arithmetic processing unit

Claims (8)

基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、
前記感磁部の上面に少なくとも一つの三角形が形成されるように配置された複数の電極と、
一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、
複数の接続端子を有する演算部と、
前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、
を備え、
前記感磁部のアスペクト比(前記感磁部の前記所定の厚み/前記複数の電極間の最小距離)が、0.01以上1以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する3つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、
前記接続パターンは、一の前記三角形毎に3つの接続パターンを含み、当該3つの接続パターンのうちの第1の接続パターンは、前記一の三角形を形成する3つの電極のうちの第1の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記3つの電極のうちの第2の電極及び第3の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記3つの接続パターンのうちの第2の接続パターンは、前記第2の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第1の電極及び前記第3の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであり、前記3つの接続パターンのうちの第3の接続パターンは、前記第3の電極と前記駆動部とが接続され、かつ前記第1の電極及び前記第の電極それぞれが前記複数の接続端子と接続されるパターンであって
前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、
当該演算式は、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した2つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記3つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、
前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した前記2つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力する磁気センサ。
a magnetic sensing portion formed on one surface of the substrate and having a predetermined thickness to be sensitive to both the perpendicular magnetic field and the in-plane magnetic field ;
a plurality of electrodes arranged to form at least one triangle on the upper surface of the magnetic field sensing portion;
a drive unit connected to one of the electrodes and configured to drive the magnetic sensing unit;
a calculation unit having a plurality of connection terminals;
a switch unit that switches the plurality of electrodes according to a plurality of connection patterns and connects them to the driving unit and the connection terminal;
with
An aspect ratio of the magnetic sensing portion (the predetermined thickness of the magnetic sensing portion/minimum distance between the plurality of electrodes) is 0.01 or more and 1 or less, and each of the connection patterns is set and stored to be sensitive to both magnetic field components in directions perpendicular to a plane containing the three electrodes forming said triangle and magnetic field components in directions parallel to said plane;
The connection patterns comprise three connection patterns for each triangle, a first connection pattern of the three connection patterns being a first electrode of the three electrodes forming the triangle. and the drive unit, and a second electrode and a third electrode of the three electrodes are connected to the plurality of connection terminals, respectively, and the third of the three connection patterns The second connection pattern is a pattern in which the second electrode and the drive section are connected, and the first electrode and the third electrode are each connected to the plurality of connection terminals, and the three A third connection pattern among the connection patterns is a pattern in which the third electrode and the drive section are connected, and the first electrode and the second electrode are each connected to the plurality of connection terminals. and
The calculation unit has a preset calculation formula for calculating magnetic field components in triaxial directions representing the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic field sensing unit based on a triaxial magnetic field calculation matrix,
The arithmetic expression is such that the drive unit inputs a constant current or a constant voltage to the electrodes connected to the drive unit for each of the three connection patterns, applies a known magnetic field to the magnetic sensing unit, A set of output signals from the plurality of connection terminals is obtained for each of the connection patterns when a conductive path is formed in the magnetic sensing portion by being driven by the unit, and the output signal set is calculated for each set of output signals. At least three differential signals indicating a potential difference or a current difference between the two connection terminals, or a constant current or constant voltage input to the electrode connected to the drive unit for each of the three connection patterns by the drive unit. and the electrode connected to the drive section and the other one of the electrodes obtained by dividing the potential difference between the electrode connected to the drive section and one of the connection terminals when no magnetic field is applied. A difference between a known potential difference, which is a potential difference between connection terminals, and a potential difference between the electrode connected to the drive section and the other connection terminal when a known magnetic field is applied to the magnetic sensing section. based on at least three differential signals and triaxial magnetic field components representing the magnitude of the known magnetic field, preset according to an acquisition method when the three differential signals are acquired,
The computing section outputs signals from the plurality of connection terminals when a magnetic field to be detected is applied to the magnetic field sensing section and is driven by the driving section to form a conductive path in the magnetic field sensing section. are acquired for each of the connection patterns, and at least three difference signals indicating the potential difference or current difference between the two connection terminals calculated for each of the output signal sets, or the known potential difference and the sensor. at least three difference signals indicating the difference between the potential difference between the electrode connected to the drive unit and the other connection terminal when the magnetic field to be detected is applied to the magnetic unit; A magnetic sensor that calculates magnetic field components in the three axial directions of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensing part from the arithmetic expression corresponding to the acquisition method when the signal is acquired, and outputs the magnetic field as a magnetic signal.
基板の一方の面に形成され、所定の厚みを有することで面直磁場及び面内磁場の両方に感度を有する感磁部と、
前記感磁部の上面に複数の三角形が形成されるように配置された複数の電極と、
一の前記電極と接続され、前記感磁部を駆動する駆動部と、
複数の接続端子を有する演算部と、
前記複数の電極を複数の接続パターンで切り替えて前記駆動部及び前記接続端子に接続するスイッチ部と、を備え、
前記感磁部のアスペクト比(前記感磁部の前記所定の厚み/前記複数の電極間の最小距離)が、0.01以上1以下であり、かつ、前記接続パターンの各々は、前記感磁部が前記三角形を形成する3つの電極を含む平面に対して垂直な方向の磁場成分及び前記平面に対して平行な方向の磁場成分の両方に感度を有するように設定されて記憶されており、
前記接続パターンは、一の前記三角形を形成する3つの電極のうちの一の電極を前記駆動部に接続し他の2つの電極それぞれを前記接続端子に接続する接続パターンを、同一又は異なる三角形を対象として少なくとも3パターン含み、
前記演算部は、前記感磁部に印加された磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分を、三軸磁場演算行列に基づいて演算するための予め設定された演算式を有し、
当該演算式は、前記駆動部により、3つの前記接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、前記感磁部に既知の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した2つの前記接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記駆動部により、前記3つの接続パターン毎に前記駆動部と接続された前記電極に定電流又は定電圧を入力し、磁場が印加されていないときの前記駆動部に接続された前記電極と一方の前記接続端子との間の電位差を分圧して求められた前記駆動部に接続された前記電極及び他方の前記接続端子間の電位差である既知の電位差と、前記感磁部に既知の磁場が印加されたときの前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、前記既知の磁場の大きさを表す三軸方向の磁場成分とに基づき、前記3つの差分信号を取得したときの取得方法に応じて予め設定されており、
前記演算部は、前記感磁部に検出対象の磁場が印加され、前記駆動部により駆動されて前記感磁部に導電路が形成された状態にあるときの前記複数の接続端子からの出力信号の組を前記接続パターン毎に取得し、前記出力信号の組毎に算出した前記2つの接続端子間の電位差又は電流差を示す少なくとも3つの差分信号、或いは、前記既知の電位差と、前記感磁部に検出対象の磁場が印加された状態にあるときの、前記駆動部に接続された前記電極及び前記他方の前記接続端子間の電位差との差分を示す少なくとも3つの差分信号と、これら差分信号を取得したときの前記取得方法に対応する前記演算式とから、前記感磁部に印加された前記検出対象の磁場の三軸方向の磁場成分を演算し、磁気信号として出力する磁気センサ。
a magnetic sensing portion formed on one surface of the substrate and having a predetermined thickness to be sensitive to both the perpendicular magnetic field and the in-plane magnetic field ;
a plurality of electrodes arranged to form a plurality of triangles on the upper surface of the magnetic field sensing portion;
a drive unit connected to one of the electrodes and configured to drive the magnetic sensing unit;
a calculation unit having a plurality of connection terminals;
a switch unit that switches the plurality of electrodes in a plurality of connection patterns and connects them to the driving unit and the connection terminal;
An aspect ratio of the magnetic sensing portion (the predetermined thickness of the magnetic sensing portion/minimum distance between the plurality of electrodes) is 0.01 or more and 1 or less, and each of the connection patterns is set and stored to be sensitive to both magnetic field components in directions perpendicular to a plane containing the three electrodes forming said triangle and magnetic field components in directions parallel to said plane;
The connection pattern includes a connection pattern that connects one electrode of three electrodes forming one triangle to the drive unit and connects the other two electrodes to the connection terminal, respectively, using the same or different triangles. At least 3 patterns are included as targets,
The calculation unit has a preset calculation formula for calculating magnetic field components in triaxial directions representing the magnitude of the magnetic field applied to the magnetic field sensing unit based on a triaxial magnetic field calculation matrix,
The arithmetic expression is such that the drive unit inputs a constant current or a constant voltage to the electrodes connected to the drive unit for each of the three connection patterns, applies a known magnetic field to the magnetic sensing unit, A set of output signals from the plurality of connection terminals is obtained for each of the connection patterns when a conductive path is formed in the magnetic sensing portion by being driven by the unit, and the output signal set is calculated for each set of output signals. At least three differential signals indicating a potential difference or a current difference between the two connection terminals, or a constant current or constant voltage input to the electrode connected to the drive unit for each of the three connection patterns by the drive unit. and the electrode connected to the drive section and the other one of the electrodes obtained by dividing the potential difference between the electrode connected to the drive section and one of the connection terminals when no magnetic field is applied. A difference between a known potential difference, which is a potential difference between connection terminals, and a potential difference between the electrode connected to the drive section and the other connection terminal when a known magnetic field is applied to the magnetic sensing section. based on at least three differential signals and triaxial magnetic field components representing the magnitude of the known magnetic field, preset according to an acquisition method when the three differential signals are acquired,
The computing section outputs signals from the plurality of connection terminals when a magnetic field to be detected is applied to the magnetic field sensing section and is driven by the driving section to form a conductive path in the magnetic field sensing section. are acquired for each of the connection patterns, and at least three difference signals indicating the potential difference or current difference between the two connection terminals calculated for each of the output signal sets, or the known potential difference and the sensor. at least three difference signals indicating the difference between the potential difference between the electrode connected to the drive unit and the other connection terminal when the magnetic field to be detected is applied to the magnetic unit; A magnetic sensor that calculates magnetic field components in the three axial directions of the magnetic field to be detected applied to the magnetic sensing part from the arithmetic expression corresponding to the acquisition method when the signal is acquired, and outputs the magnetic field as a magnetic signal.
前記感磁部は前記電極を3つ備え、かつ前記電極は正三角形が形成されるように配置された請求項1に記載の磁気センサ。 2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein said magnetic field sensing portion comprises three said electrodes, and said electrodes are arranged to form an equilateral triangle. 前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも1つの二等辺三角形が形成されるように配置され、
前記接続パターンが前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項1又は2に記載の磁気センサ。
the plurality of electrodes are arranged so as to form at least one isosceles triangle on the magnetically sensitive portion;
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the connection pattern is set and stored for the electrodes forming the isosceles triangle.
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも2つの二等辺三角形が形成されるように配置され、
前記接続パターンが、前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項1又は2に記載の磁気センサ。
wherein the plurality of electrodes are arranged such that at least two isosceles triangles are formed in the magnetically sensitive portion;
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the connection pattern is set and stored for the electrodes forming the isosceles triangle.
前記複数の電極が、前記感磁部に少なくとも3つの二等辺三角形が形成されるように配置され、
前記接続パターンが、前記二等辺三角形を形成する電極に対して設定されて記憶している請求項1又は2に記載の磁気センサ。
wherein the plurality of electrodes are arranged such that at least three isosceles triangles are formed in the magnetically sensitive portion;
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the connection pattern is set and stored for the electrodes forming the isosceles triangle.
前記複数の電極が、平面視で回転対称となる位置に配置された請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to any one of claims 4 to 6, wherein the plurality of electrodes are arranged at positions that are rotationally symmetrical in plan view. 前記感磁部は、4つの前記電極を備える請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の磁気センサ。 8. The magnetic sensor according to any one of claims 4 to 7, wherein the magnetic sensing section includes the four electrodes.
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