KR101109712B1 - 자기검출장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1 출력모드와, 2 출력모드로 전환 가능하게 하고, 특히 하나의 집적회로로, 또한 간단한 회로구성으로 모드 전환을 가능하게 한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
이를 위하여, 제 1 외부 출력단자(40)로부터, (+)자계 검출신호와 (-) 자계 검출신호의 양쪽을 출력시키는 1 출력모드, 및 상기 (+)자계 검출신호를 상기 제 1 외부 출력단자(40)로부터, 상기 (-)자계 검출신호를 상기 제 2 외부 출력단자(41)로부터 각각 출력시키는 2 출력모드로 전환 가능한 모드 전환부(50)가 설치되어 있다. 상기 모드 전환부(50)를 집적회로(22) 내에 설치함으로써, 모드선택이 가능하게 되고, 특히 이와 같은 모드선택을 간단한 회로구성으로 또한 하나의 집적회로(22)를 설치함으로써 실현할 수 있어 생산비용을 저감할 수 있다.
이를 위하여, 제 1 외부 출력단자(40)로부터, (+)자계 검출신호와 (-) 자계 검출신호의 양쪽을 출력시키는 1 출력모드, 및 상기 (+)자계 검출신호를 상기 제 1 외부 출력단자(40)로부터, 상기 (-)자계 검출신호를 상기 제 2 외부 출력단자(41)로부터 각각 출력시키는 2 출력모드로 전환 가능한 모드 전환부(50)가 설치되어 있다. 상기 모드 전환부(50)를 집적회로(22) 내에 설치함으로써, 모드선택이 가능하게 되고, 특히 이와 같은 모드선택을 간단한 회로구성으로 또한 하나의 집적회로(22)를 설치함으로써 실현할 수 있어 생산비용을 저감할 수 있다.
Description
본 발명은, 자기저항효과 소자를 구비한 자기검출장치에 관한 것으로, 특히, 1 출력모드와, 2 출력모드로 전환 가능하게 한 쌍극 검출대응의 자기검출장치에 관한 것이다.
도 20은 종래의 자기검출장치의 회로구성도이다. 자기검출장치는 센서부(S)와 집적회로(IC)(1)로 구성되어 있다. 도 20에 나타내는 자기검출장치는 쌍극검출 대응형 센서이다. 상기 센서부(S)는, (+)방향의 외부 자계에 대하여 저항값이 변화하는 GMR 소자 등의 제 1 자기저항효과 소자(2)을 구비한 제 1 브릿지회로(BC1)와, (-)방향의 외부 자계에 대하여 저항값이 변화하는 GMR 소자 등의 제 2 자기저항효과 소자(3)를 구비한 제 2 브릿지회로(BC2)를 가진다. 「(+)방향의 외부 자계」란 임의의 일 방향의 외부 자계를 가리키나, 도 20의 형태에서는, 제 1 자기저항효과 소자(2)의 저항값은 변동하나, 제 2 자기저항효과 소자(3)의 저항값은 변동하지 않는(즉 고정저항으로서 작용하는) 방향의 외부 자계를 가리키고, 「(-)방향의 외부 자계」란 상기 (+)방향의 외부 자계의 반대방향의 외부 자계이며, 도 20의 형태에서는, 제 2 자기저항효과 소자(3)의 저항값은 변동하나, 제 1 자기저항효과 소자(2)의 저항값은 변동하지 않는(즉 고정 저항으로서 작용하는) 방향의 외부 자계를 가리킨다.
도 20에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 자기저항효과 소자(2)는, 각각, 고정 저항소자(4)와 직렬 회로를 구성하고, 각 직렬 회로는 병렬 접속되어 제 1 브릿지회로(BC1)가 구성된다. 상기 제 1 브릿지회로(BC1)를 구성하는 2개의 직렬 회로의 각 출력 인출부는, 제 1 차동 증폭기(6)에 접속되어 있다. 또 도 20에 나타내는 바와 같이, 각 제 2 자기저항효과 소자(3)는, 각각 고정 저항소자(5)와 직렬 회로를 구성하고, 각 직렬 회로는 병렬 접속되어 제 2 브릿지회로(BC2)가 구성된다. 상기 제 2 브릿지회로(BC2)를 구성하는 2개의 직렬 회로의 각 출력 인출부는, 제 2 차동 증폭기(7)에 접속되어 있다.
상기 집적회로(1) 내에는, 차동 증폭기(6, 7) 이외에, 슈미트 트리거형의 컴퍼레이터(12, 13), 래치회로(8, 9) 등이 설치되어 있고, 외부 자계 검출신호는 외부 출력단자(10, 11)로부터 인출된다.
도 20에 나타내는 자기검출장치에서는, (+)방향의 외부 자계가 미치면, 제 1 브릿지회로(BC1)를 구성하는 제 1 자기저항효과 소자(2)의 저항값이 변동함으로써, 출력이 상기 제 1 차동 증폭기(6)로 차동 증폭되고, 그것에 의거하여 (+)자계 검출신호가 생성되어, 상기 (+)자계 검출신호가 제 1 외부 출력단자(10)로부터 출력된다. 한편, 자기검출장치에, (-)방향의 외부 자계가 미치면, 제 2 브릿지회로(BC2)를 구성하는 제 2 자기저항효과 소자(3)의 저항값이 변동함으로써, 출력이 상기 제 2 차동 증폭기(7)로 차동 증폭되고, 그것에 의거하여 (-)자계 검출신호가 생성되어, 상기 (-)자계 검출신호가 제 2 외부 출력단자(11)로부터 출력된다.
이상과 같이 도 20에 나타내는 자기검출장치는, (+)방향 및 (-)방향의 어느쪽의 외부 자계도 검지 가능한 쌍극 검출 대응형 센서로 되어 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-77374호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2004-180286호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개2005-214900호 공보
[특허문헌 4]
일본국 특개2003-14833호 공보
[특허문헌 5]
일본국 특개2003-14834호 공보
[특허문헌 6]
일본국 특개2003-121268호 공보
[특허문헌 7]
일본국 특개2004-304052호 공보
도 20에 나타내는 종래의 자기검출장치는, (+)자계 검출신호와 (-)자계 검출신호를, 제 1 외부 출력단자(10) 및 제 2 외부 출력단자(11)로부터 따로따로 출력하는 2 출력에서의 사용으로 되어 있다.
그 한편, 예를 들면 상기 제 1 외부 출력단자(10)만을 사용하여, 상기 제 1 외부 출력단자(10)로부터 (+)자계 검출신호와 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력하는 1 출력에서 사용하고 싶다는 요구도 있었다.
이와 같은 경우, 종래의 자기검출장치에서는, 1 출력으로 할지, 2 출력으로 할지로 집적회로(1)의 회로구성을 다시 짤 필요가 있어, 고비용이 되었다.
그래서 본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 1 출력모드와, 2 출력모드로 전환 가능하게 하고, 특히, 하나의 집적회로로 또한 간단한 회로구성으로 모드 전환을 가능하게 한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에서의 자기검출장치는,
(+)방향의 외부 자계 및 상기 (+)방향과 역방향인 (-)방향의 외부 자계의 각 자계강도 변화에 대하여, 전기적 특성이 변화하는 센서부와, 상기 센서부에 접속되고, 상기 전기적 변화에 의거하여 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호를 생성하여 출력하는 집적회로를 구비하고,
상기 집적회로는, 제 1 외부 출력단자, 제 2 외부 출력단자 및,
상기 제 1 외부 출력단자로부터, 상기 (+)자계 검출신호, 및 상기 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력시키는 1 출력모드와,
상기 (+)자계 검출신호를 상기 제 1 외부 출력단자로부터, 상기 (-)자계 검출신호를 상기 제 2 외부 출력단자로부터 각각 출력시키는 2 출력모드로 전환 가능한 모드 전환부를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기에 의하여 1 출력모드 또는 2 출력모드로 전환 가능한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치로 할 수 있다. 특히 본 발명에서는 집적회로 내에 상기 모드 전환부를 설치함으로써, 간단한 회로구성으로 또한 하나의 집적회로를 사용함으로써 모드 전환 가능한 자기검출장치로 할 수 있다.
또 본 발명에서는, 상기 모드 전환부에는, 전환 스위치가 설치되고, 상기 전환 스위치의 스위치동작에 의하여 1 출력모드와 2 출력모드로 전환 가능하게 되어 있는 것을 간단한 회로구성으로 실현할 수 있어 바람직하다.
또 본 발명에서는, 상기 모드 전환부는, 논리회로를 가지고 구성되어 있는 것이 바람직하다. 논리회로를 사용하여 모드 전환부를 구성함으로써 회로구성을 간단하게 할 수 있다.
이 때, 상기 논리회로는, 상기 제 1 외부 출력단자에 접속되는 NOR회로, 또는 OR 회로를 가지고 있고,
상기 1 출력모드일 때, 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 설치된 2개의 입력부에는, (+)자계 검출시 및 (-)자계 검출시의 어느 쪽 일 때도, 고레벨 및 저레벨의 양쪽의 입력신호가 입력되어, 동일 레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자에 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호로서 출력되고,
상기 2 출력모드에서 또한 (+)자계 검출시에서는, 상기 제 1 외부 출력단자로부터 상기 (+)자계 검출신호가 출력됨과 동시에, 상기 제 2 외부 출력단자로부터, 상기 (+)자계 검출신호와는 반전된 레벨의 출력신호가 오프신호로서 출력되고,
상기 2 출력모드에서 또한 (-)자계 검출시에서는, 제 2 외부 출력단자로부터 상기 (-)자계 검출신호가 출력됨과 동시에, 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 설치된 2개의 입력부 중 한쪽의 입력부에, 1 출력모드일 때와는 반전된 레벨의 입력신호가 입력되어, 상기 (-)자계 검출신호와는 반전된 레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자로부터 오프신호로서 출력되는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 1 출력모드와 2 출력모드를 적절하게 전환할 수 있다.
또 본 발명에서는, 상기 NOR 회로 또는 OR 회로의 한쪽의 입력부에는 전환 스위치가 접속되고, 상기 전환 스위치의 스위치동작에 의하여 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 입력되는 신호 레벨이 반전함으로써, 1 출력모드와 2 출력모드로 전환되는 것이, 회로구성을 간단하게 할 수 있어 적합하다.
또 본 발명에서는, 상기 센서부는, (+)방향의 외부 자계의 자계 강도변화에 의거하여 전기저항이 변화하는 자기저항효과를 이용한 제 1 자기저항효과소자를 가지는 (+)자계 검출용 제 1 회로부와,
상기 (+)방향과는 역방향의 (-)방향의 외부 자계의 자계 강도 변화에 의거하여 전기저항이 변화하는 자기저항효과를 이용한 제 2 자기저항효과 소자를 가지는 (-)자계 검출용 제 2 회로부를 가지고 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여 센서부를 쌍극 검출 대응형으로 적절하게 구성할 수 있다.
본 발명에서는, 1 출력모드와, 2 출력모드로 전환 가능하게 하고, 특히 하나의 집적회로로 또한 간단한 회로구성으로 모드 전환을 가능하게 한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치로 할 수 있다.
본 발명에서는, 1 출력모드와, 2 출력모드로 전환 가능하게 하고, 특히, 하나의 집적회로로 또한 간단한 회로구성으로 모드 전환을 가능하게 한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 자기검출장치의 회로구성도,
도 2는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 1 출력모드에서 (+)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 3은 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 1 출력모드에서 (-)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 4는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 2 출력모드에서 (+)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 5는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분확대도 로서, 2 출력모드에서 (-)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 6은 제 1 자기저항효과 소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선),
도 7은 제 2 자기저항효과 소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선),
도 8은 본 실시형태의 자기검출장치의 센서부의 저항소자형상을 나타내는 자기검출장치(20)의 부분 확대 사시도,
도 9는 도 8에 나타내는 A-A 선으로부터 두께방향으로 상기 자기검출장치를 절단하여 화살표 방향에서 본 상기 자기검출장치의 부분 단면도,
도 10은 제 1 자기저항효과 소자 및 제 2 자기저항효과 소자의 층 구조를 나타내는 부분 단면도,
도 11은 주로 고정 저항소자의 층 구조를 설명하기 위한 부분 단면도,
도 12는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 닫은 상태를 나타낸다),
도 13은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 14는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 자석의 배치를 도 12와는 반대로 하여, 상기 전화를 닫은 상태를 나타낸다),
도 15는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 자석의 배치를 도 13과는 반대로 하여, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 16은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 17은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분모식도로서, 제 1 부재를 턴오버시킨 상태를 나타낸다),
도 18은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 도 16의 부분 평면도),
도 19는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 도 18의 부분 평면도),
도 20은 종래의 자기검출장치의 회로 구성도이다.
도 2는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 1 출력모드에서 (+)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 3은 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 1 출력모드에서 (-)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 4는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분 확대도로서, 2 출력모드에서 (+)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 5는 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분확대도 로서, 2 출력모드에서 (-)자계 검출시의 회로상태를 나타내는 도,
도 6은 제 1 자기저항효과 소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선),
도 7은 제 2 자기저항효과 소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선),
도 8은 본 실시형태의 자기검출장치의 센서부의 저항소자형상을 나타내는 자기검출장치(20)의 부분 확대 사시도,
도 9는 도 8에 나타내는 A-A 선으로부터 두께방향으로 상기 자기검출장치를 절단하여 화살표 방향에서 본 상기 자기검출장치의 부분 단면도,
도 10은 제 1 자기저항효과 소자 및 제 2 자기저항효과 소자의 층 구조를 나타내는 부분 단면도,
도 11은 주로 고정 저항소자의 층 구조를 설명하기 위한 부분 단면도,
도 12는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 닫은 상태를 나타낸다),
도 13은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 14는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 자석의 배치를 도 12와는 반대로 하여, 상기 전화를 닫은 상태를 나타낸다),
도 15는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 자석의 배치를 도 13과는 반대로 하여, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 16은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도로서, 상기 전화를 연 상태를 나타낸다),
도 17은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분모식도로서, 제 1 부재를 턴오버시킨 상태를 나타낸다),
도 18은 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 도 16의 부분 평면도),
도 19는 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례(상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 도 18의 부분 평면도),
도 20은 종래의 자기검출장치의 회로 구성도이다.
도 1은 본 실시형태의 자기검출장치(20)의 전체의 회로구성도, 도 2 내지 도 5는, 본 실시형태에서의 모드 전환부의 회로구성을 나타내는 부분확대도이고, 도 2는 1 출력모드에서 (+)방향의 외부 자계검출의 회로상태, 도 3은 1 출력모드에서 (-)방향의 외부 자계검출의 회로상태, 도 4는 2 출력모드에서 (+)방향의 외부 자계검출의 회로상태, 도 5는 2 출력모드에서 (-)방향의 외부 자계검출의 회로상태, 도 6은 제 1 자기저항효과소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선), 도 7은 제 2 자기저항효과 소자의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 그래프(R-H 곡선), 도 8은 본 실시형태의 자기검출장치(20)의 센서부의 저항소자형상을 나타내는 자기검출장치(20)의 부분 확대 사시도, 도 9는 도 8에 나타내는 A-A선으로부터 두께방향으로 상기 자기검출장치를 절단하여 화살표방향에서 본 상기 자기검출장치의 부분 단면도, 도 10은, 제 1 자기저항효과 소자 및 제 2 자기저항효과 소자의 층 구조를 나타내는 부분 단면도, 도 11은 주로 고정 저항소자의 층 구조를 설명하기 위한 부분 단면도, 도 12 내지 도 19는, 본 실시형태의 자기검출장치의 용도를 설명하기 위한 일례로서, 상기 자기검출장치를 내장한 폴더형 휴대전화의 부분 모식도나 부분 평면도이다.
도 1에 나타내는 본 실시형태의 자기검출장치(20)는, 센서부(21)와 집적회로(IC)(22)를 가지고 구성된다.
상기 센서부(21)에는, 제 1 저항소자(제 1 자기저항효과소자)(23)와 제 2 저항소자(본 실시형태에서는 고정 저항소자)(24)가 제 1 출력 인출부(접속부)(25)를 거쳐 직렬 접속된 제 1 직렬 회로(26), 제 3 저항소자(제 2 자기저항효과 소자)(27)와 제 4 저항소자(본 실시형태에서는 고정 저항소자)(28)가 제 2 출력 인출 부(접속부)(29)를 거쳐 직렬 접속된 제 2 직렬 회로(30) 및 제 5 저항소자(본 실시형태에서는 고정 저항소자)(31)와 제 6 저항소자(본 실시형태에서는 고정 저항소자)(32)가 제 3 출력 인출부(33)를 거쳐 직렬 접속된 제 3 직렬 회로(34)가 설치된다.
또한, 상기한 바와 같이 「저항소자」의 표기는, 제 1 내지 제 6 까지의 일련번호로 하였다. 또한 이하에서는,각 저항소자를, 주로「자기저항효과 소자」및 「고정 저항소자」로 하여 표기하고, 「자기저항효과 소자」 및 「고정 저항소자」와 구별할 필요가 없는 설명부분에서는 「저항소자」의 표기를 사용하는 것으로 하였다.
상기 제 3 직렬 회로(34)는, 공통 회로로서 상기 제 1 직렬 회로(26) 및 상기 제 2 직렬 회로(30)와 각각 브릿지회로를 구성하고 있다. 이하에서는 상기 제 1 직렬 회로(26)와 상기 제 3 직렬 회로(34)가 병렬 접속되어 이루어지는 브릿지회로를 제 1 브릿지회로(BC3)와, 상기 제 2 직렬 회로(30)와 상기 제 3 직렬 회로(34)가 병렬 접속되어 이루어지는 브릿지회로를 제 2 브릿지회로(BC4)라 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 브릿지회로(BC3)에서는, 제 1 저항소자(23)와, 상기 제 6 저항소자(32)가 병렬 접속됨과 동시에, 상기 제 2 저항소자(24)와 상기 제 5 저항소자(31)가 병렬 접속되어 있다. 또 상기 제 2 브릿지회로(BC4)에서는, 상기 제 3 저항소자(27)와, 상기 제 5 저항소자(31)가 병렬 접속됨 과 동시에, 상기 제 4 저항소자(28)와 상기 제 6 저항소자(32)가 병렬 접속되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 상기 집적회로(22)에는 입력단자(전원)(39), 어스단자(42) 및 2개의 외부 출력단자(40, 41)가 설치되어 있다. 상기 입력단자(39), 어스단자(42) 및 외부 출력단자(40, 41)는 각각 도시 생략한 기기측의 단자부와 와이어 본딩이나 다이본딩 등으로 전기적으로 접속되어 있다.
상기 입력단자(39)에 접속된 신호라인(57) 및 상기 어스단자(42)에 접속된 신호라인(58)은, 상기 제 1 직렬 회로(26), 제 2 직렬 회로(30) 및 제 3 직렬 회로(34)의 양쪽 끝부에 설치된 전극의 각각에 접속되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이 집적회로(22) 내에는, 하나의 차동 증폭기(35)가 설치되고, 상기 차동 증폭기(35)의 + 입력부, - 입력부의 어느 쪽인가에, 상기 제 3 직렬 회로(34)의 제 3 출력 인출부(33)가 접속되어 있다. 또한, 상기 제 3 출력 인출부(33)와 상기 차동 증폭기(35)의 접속은, 다음에 설명하는 상기 제 1 직렬 회로(26)의 제 1 출력 인출부(25) 및 제 2 직렬 회로(30)의 제 2 출력 인출부(29)와 차동 증폭기(35) 사이의 접속상태와 다르게 고정되어 있다(비접속상태로는 되지 않는다).
상기 제 1 직렬 회로(26)의 제 1 출력 인출부(25) 및 제 2 직렬 회로(30)의 제 2 출력 인출부(29)는 각각 제 1 스위치 회로(제 1 접속 전환부)(36)의 입력부에 접속되고, 상기 제 1 스위치 회로(36)의 출력부는 상기 차동 증폭기(35)의 - 입력부, + 입력부의 어느 쪽인가[상기 제 3 출력 인출부(33)가 접속되어 있지 않은 측의 입력부]에 접속되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 차동 증폭기(35)의 출력부는 슈미트 트리거형의 컴퍼레이터(38)에 접속되고, 또한 상기 컴퍼레이터(38)의 출력부는 제 2 스위치 회로(제 2 접속 전환부)(43)의 입력부에 접속된다. 또한 상기 제 2 스위치 회로(43)의 출력부측은 뒤에서 상세하게 설명하는 모드 전환부(50)를 거쳐, 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)에 각각 접속된다.
또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 집적회로(22) 내에는 제 3 스위치 회로(56)가 설치되어 있다. 상기 제 3 스위치 회로(56)의 출력부는, 상기 어스단자(42)에 접속된 신호 라인(58)에 접속되고, 상기 제 3 스위치 회로(56)의 입력부에는, 제 1 직렬 회로(26) 및 제 2 직렬 회로(30)의 한쪽 끝부가 접속되어 있다.
또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 상기 집적회로(22) 내에는, 인터벌 스위치 회로(59) 및 클럭회로(83)가 설치되어 있다. 상기 인터벌 스위치 회로(59)의 스위치가 오프되면 집적회로(22) 내로의 통전(通電)이 정지하게 되어 있다. 상기 인터벌 스위치 회로(59)의 스위치의 온?오프는, 상기 클럭회로(83)로부터의 클럭신호에 연동하고 있고, 상기 인터벌 스위치 회로(59)는 통전상태를 간헐적으로 행하는 절전 기능을 가지고 있다.
상기 클럭회로(83)로부터의 클럭신호는, 제 1 스위치 회로(36), 제 2 스위치 회로(43) 및 제 3 스위치 회로(56)에도 출력된다. 상기 제 1 스위치 회로(36), 제 2 스위치 회로(43) 및 제 3 스위치 회로(56)에서는 상기 클럭신호를 받으면, 그 클럭신호를 분할하고, 매우 짧은 주기로 스위치 동작을 행하도록 제어되어 있다. 예를 들면 1 펄스의 클럭신호가 수십 msec일 때, 수십 μmsec마다 스위치 동작을 행한다.
상기 제 1 자기저항효과 소자(23)는 (+)방향의 외부 자계(+H)의 강도 변화에 의거하여 자기저항효과를 발휘하는 자기저항효과 소자이고, 한편, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)는, 상기 (+)방향과 반대방향인 (-)방향의 외부 자계(-H)의 자계 강도 변화에 의거하여 자기저항효과를 발휘하는 자기저항효과 소자이다.
여기서, (+)방향의 외부 자계는 어느 일 방향을 나타내고, 본 실시형태에서는, 도시하는 X1 방향을 향하는 방향이다. 이 방향의 외부 자계가 작용하면, 도 6, 도 7에서 설명하는 바와 같이, 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값은 변동하나, 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값은 변동하지 않는다(즉 고정 저항으로서 작용한다).
한편, (-)방향의 외부 자계는, 상기 (+)방향과는 반대방향의 외부 자계이고, 도시하는 X2 방향을 향하는 방향이다. 이 방향의 외부 자계가 작용하면, 도 6, 도 7에서 설명하는 바와 같이, 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값은 변동하나, 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값은 변동하지 않는다(즉, 고정 저항으로서 작용한다).
상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)의 층 구조 및 히스테리시스 특성에 대하여 이하에서 상세하게 설명한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)는 모두, 밑에서부터 밑바탕층(60), 시드층(61), 반강자성층(62), 고정 자성층(63), 비자성 중간층(64), 프리 자성층(65, 67)[제 2 자기저항효과 소자(27)의 프리 자성층을 부호 37로 하였다] 및 보호층(66)의 순서로 적층되어 있다. 상기 밑바탕층(60)은, 예를 들면, Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, W 중 1종 또는 2종 이상의 원소 등의 비자성 재료로 형성된다. 상기 시드층(61)은, NiFeCr 또는 Cr 등으로 형성된다. 상기 반강자성층(62)은, 원소 α(단 α는, Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Os 중 1종 또는 2종 이상의 원소이다)와 Mn을 함유하는 반강자성 재료, 또는, 원소 α와 원소 α'(단 원소 α'는, Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb 및 희토류 원소 중 1종 또는 2종 이상의 원소이다)와 Mn을 함유하는 반강자성 재료로 형성된다. 예를 들면 상기 반강자성층(62)은, IrMn이나 PtMn으로 형성된다. 상기 고정 자성층(63) 및 프리 자성층(65, 67)은 CoFe 합금, NiFe 합금, CoFeNi 합금 등의 자성 재료로 형성된다. 또 상기 비자성 중간층(64)은 Cu 등으로 형성된다. 또 상기 보호층(66)은 Ta 등으로 형성된다. 상기 고정 자성층(63)이나 프리 자성층(65, 67)은 적층 페리구조(자성층/비자성층/자성층의 적층구조이고, 비자성층을 사이에 둔 2개의 자성층의 자화방향이 반평행인 구조)이어도 된다. 또 상기 고정 자성층(63)이나 프리 자성층(65, 67)은 재질이 다른 복수의 자성층의 적층구조이어도 된다.
상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)에서는, 상기 반강자성층(62)과 상기 고정 자성층(63)이 접하여 형성되어 있기 때문에 자장 중 열처리를 실시함으로써 상기 반강자성층(62)과 상기 고정 자성층(63)의 계면에 교환결합자계(Hex)가 생기고, 상기 고정 자성층(63)의 자화방향은 일 방향으로 고정된다. 도 8 및 도 10에서는, 상기 고정 자성층(63)의 자화방향(63a)를 화살표 방향으로 나타내고 있다. 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)에서 상기 고정 자성층(63)의 자화방향(63a)은 모두 도시하는 X1 방향[(+)방향]이다.
한편, 상기 프리 자성층(65, 67)의 자화방향은, 제 1 자기저항효과 소자(23)와 제 2 자기저항효과 소자(27)에서 다르다. 도 10에 나타내는 바와 같이 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)에서는 상기 프리 자성층(65)의 자화방향(65a)이 도시한 X2 방향[(-)방향]이고, 고정 자성층(63)의 자화방향(63a)과 동일한 방향이나, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)에서는 상기 프리 자성층(67)의 자화방향(67a)이 도시한 X1 방향[(+)방향]이며, 상기 고정 자성층(63)의 자화방향(63a)과 반평행이다.
(+)방향의 외부 자계가 작용하면, 제 2 자기저항효과 소자(27)의 프리 자성층(67)의 자화(67a)는 변동하지 않으나, 제 1 자기저항효과 소자(23)의 프리 자성층(65)의 자화(65a)는 변동하여 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값은 변화한다. 도 6은 제 1 자기저항효과 소자(23)의 히스테리시스 특성을 나타내는 R-H 곡선이다. 또한 도면의 그래프에서는 세로축이 저항값(R)이나, 저항 변화율(%)이어도 된다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 외부 자계가 무자장 상태(제로)에서 서서히 (+)방향으로 증가해가면, 프리 자성층(65)의 자화(65a)와 고정 자성층(63)의 자화(63a)와의 평행상태가 무너져 반평행상태에 근접하기 때문에 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값(R)은, 곡선(HR1) 상을 따라 서서히 커지고, (+)방향의 외부 자계를 서서히 제로를 향하여 작게 해가면, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값(R)은, 곡선(HR2) 상을 따라 서서히 작아진다.
이와 같이, 제 1 자기저항효과 소자(23)에는 (+)방향의 외부 자계의 자계 강도 변화에 대하여, 곡선(HR1)과 곡선(HR2)으로 둘러싸인 히스테리시스 루프(HR)가 형성된다. 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 최대 저항값과 최저 저항값의 중간값으로, 상기 히스테리시스 루프(HR)의 퍼짐폭의 중심값이 히스테리시스 루프(HR)의 「중간점」이다. 그리고 상기 히스테리시스 루프(HR)의 중간점으로부터 외부 자계 H=0(Oe)의 라인까지의 자계의 강도로 제 1 층간 결합자계(Hin1)의 크기가 결정된다. 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 자기저항효과 소자(23)에서는, 상기 제 1 층간 결합자계(Hin1)가 양의 자계방향으로 시프트하고 있다.
한편, (-)방향의 외부 자계가 미치게 되면, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 프리 자성층(65)의 자화(65a)는 변동하지 않으나, 제 2 자기저항효과 소자(27)의 프리 자성층(67)의 자화(67a)는 변동하여 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값이 변동한다.
도 7은 제 2 자기저항효과 소자(27)의 히스테리시스 특성을 나타내는 R-H 곡선이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 외부 자계가 무자장 상태(제로)로부터 서서히 (-)방향으로 증가해가면, 프리 자성층(67)의 자화(67a)와 고정 자성층(63)의 자화(63a)와의 반평행상태가 무너져 평행상태에 근접하기 때문에, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값(R)은, 곡선(HR3) 상을 따라 서서히 작아지고, 한편, (-)방향의 외부 자계를 서서히 제로를 향하여 변화시키면, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값(R)은, 곡선(HR4) 상을 따라 서서히 커진다.
이와 같이, 제 2 자기저항효과 소자(27)에는 (-)방향의 외부 자계의 자계 강도 변화에 대하여, 곡선(HR3)과 곡선(HR4)으로 둘러싸인 히스테리시스 루프(HR)가 형성된다. 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)의 최대 저항값과 최저 저항값의 중간값으로, 상기 히스테리시스 루프(HR)의 퍼짐폭의 중심값이 히스테리시스 루프(HR)의 「중간점」이다. 그리고 상기 히스테리시스 루프(HR)의 중간점으로부터 외부 자계 H=0(Oe)의 라인까지의 자계의 강도로 제 2 층간 결합자계(Hin2)의 크기가 결정된다. 도 7에 나타내는 바와 같이 제 2 자기저항효과 소자(27)에서는, 상기 제 2 층간 결합자계(Hin2)가 음의 자계방향으로 시프트하고 있다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 제 1 층간 결합자계(Hin1)는, 양의 자계방향으로 시프트하고, 한편, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)의 제 2 층간 결합자계(Hin2)는, 음의 자계방향으로 시프트하고 있다.
도 6, 도 7에서 설명한 서로 반대부호의 층간 결합자계(Hin1, Hin2)를 얻기 위해서는, 예를 들면, 상기 비자성 중간층(64)의 표면에 대한 플라즈마 트리트먼트(PT)시의, 가스유량(가스압)이나 전력값을 적절하게 조정하면 된다. 가스유량(가스압)의 크기, 및 전력값의 크기에 따라, 층간 결합자계(Hin)가 변화하는 것을 알고 있다. 상기 가스유량(가스압)이나 전력값을 크게 할수록 층간 결합자계(Hin)를 양의 값에서 음의 값으로 변화시킬 수 있다. 또, 상기 층간 결합자계(Hin)의 크기는 상기 비자성 중간층(64)의 막 두께이어도 변화한다. 또는, 상기 층간 결합자계(Hin)의 크기는, 밑에서부터, 반강자성층/고정 자성층/비자성 중간층/프리 자성층의 순서대로 적층되어 있는 경우에, 상기 반강자성층의 막 두께를 바꾸는 것으로도 조정할 수 있다.
제 1 자기저항효과 소자(23)에서는 제 1 상기 층간 결합자계(Hin1)가 양의 값이고, 이러한 경우에는 상기 고정 자성층(63)과 상기 프리 자성층(65) 사이에는 서로의 자화를 평행으로 하려고 하는 상호작용이 작용한다. 또, 제 2 자기저항효과 소자(27)에서는 제 2 상기 층간 결합자계(Hin2)가 음의 값이고, 이러한 경우에는 상기 고정 자성층(63)과 상기 프리 자성층(67) 사이에는 서로의 자화를 반평행으로 하려고 하는 상호작용이 작용한다. 그리고, 각 자기저항효과 소자(23, 27)의 반강자성층(62)과 고정 자성층(63)과의 사이에 동일방향의 교환결합자계(Hex)를 자장 중 열처리로 생기게 함으로써, 각 자기저항효과 소자(23, 27)의 고정 자성층(63)의 자화(63a)를 동일방향으로 고정할 수 있고, 또 고정 자성층(63)과 프리 자성층(65, 67)과의 사이에는 상기한 상호작용이 작용하여, 도 10의 자화상태가 된다.
상기한 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)는 거대 자기저항효과(GMR 효과)를 이용한 것이었으나, GMR 소자 이외에, 이방성(異方性) 자기저항효과(AMR)를 이용한 AMR 소자나 터널 자기저항효과(TMR)를 이용한 TMR 소자이어도 된다.
한편, 제 1 자기저항효과 소자(23)에 직렬 접속되는 고정저항소자(24)는, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)와 적층 순서가 다를 뿐으로, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)와 동일한 재료층으로 형성된다. 즉, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 고정저항소자(24)는 밑에서부터 밑바탕층(60), 시드층(61), 반강자성층(62), 제 1 자성층(63), 제 2 자성층(65), 비자성 중간층(64) 및 보호층(66)의 순서대로 적층된다. 상기 제 1 자성층(63)이, 제 1 자기저항효과 소자(23)를 구성하는 고정 자성층(63)에 해당하고, 상기 제 2 자성층(65)이 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)를 구성하는 프리 자성층(65)에 해당하고 있다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 고정저항소자(23)에서는, 상기 반강자성층(62) 상에 제 1 자성층(63) 및 제 2 자성층(65)이 연속하여 적층되어 제 1 자성층(63) 및 제 2 자성층(65)의 자화는 모두, 반강자성층(62)과의 사이에서 생기는 교환결합자계(Hex)에 의하여 고정되어 있고, 상기 제 2 자성층(65)은 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 프리 자성층(65)과 같이 외부 자계에 대하여 자화 변동하지 않는다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 고정저항소자(24)의 각 층을, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)에 대응하는 각 층과 동일한 재료로 구성함으로써, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)와 상기 고정저항소자(24)의 소자 저항을 대략 동일하게 할 수 있고, 또 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 온도 계수(TCR)와, 상기 고정저항소자(23)의 온도 계수와의 불균일을 억제할 수 있고, 이 결과, 온도 변화에 대해서도 상기 중간점 전위의 불균일을 억제할 수 있어, 동작 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한 재료뿐 아니라 제 1 자기저항효과 소자(23)와 대응하는 각 층의 막 두께도 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 각 층과 같으면 더욱 바람직하다.
도시 생략하나 상기와 마찬가지로, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)와 직렬 접속된 고정저항소자(28)는, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)와 적층 순서가 다를 뿐으로, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)와 동일한 재료층으로 형성된다.
또 제 3 직렬 회로(34)를 구성하는 고정 저항소자(31, 32)는, 서로 동일한 재료층으로 형성한 소자저항이 대략 동일한 저항소자이면, 특별히 층 구조에 대하여 한정하지 않는다. 즉 고정 저항소자(31, 32)는 예를 들면 시트 저항이 높은 저항재료로 형성된 단층 구조로 형성되어도 좋으나, 제 1 직렬 회로(26) 및 제 2 직렬 회로(30)를 구성하는 각 고정 저항소자(24, 28)를 형성하는 공정에서, 동시에, 고정 저항소자(31, 32)를 형성하는 것이 제조공정을 간략화할 수 있어 바람직하다. 따라서, 상기 고정 저항소자(31, 32)를, 제 1 직렬 회로(26) 및 제 2 직렬 회로(30)의 고정 저항소자(24, 28)와 마찬가지로, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 또는 제 2 자기저항효과 소자(27)와 적층순서가 다를 뿐이고, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 또는 제 2 자기저항효과 소자(27)와 동일한 재료층으로 형성하는 것이 적합하다.
다음에 본 실시형태의 자기검출장치(20)의 단면형상에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 자기검출장치(20)는, 예를 들면 규소(Si)로 형성된 기판(70) 상에, 도시 생략한 실리카(SiO2)의 밑바탕막이 일정한 두께로 형성된다.
상기 밑바탕막 상에, 집적회로(22)를 구성하는 차동 증폭기나 컴퍼레이터 등의 능동소자(71～74)나 저항기(75, 76) 및 배선층(신호라인)(77) 등이 형성되어 있다. 상기 배선층(77)은, 예를 들면 알루미늄(Al)으로 형성된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 기판(70) 상 및 집적회로(22) 상은, 레지스트층 등으로 이루어지는 절연층(78)으로 덮여져 있다. 상기 절연층(78)에는, 상기 배선층(77) 상의 일부에 구멍부(78b)가 형성되고, 상기 구멍부(78b)에서 상기 배선층(78)의 상면이 노출되어 있다.
상기 절연층(78)의 표면(78a)은 평탄화면으로 형성되고, 평탄화된 상기 절연층(78)의 표면(78a)에, 제 1 자기저항효과 소자(23), 제 2 자기저항효과 소자(27), 각 고정 저항소자(24, 28, 31, 32)가 도 8에 나타내는 미언더 형상으로 형성되어 있다. 이에 의하여, 각 소자의 소자 저항을 증대시켜 소비전류를 저감할 수 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 각 소자의 양측 끝부에는, 전극(23a, 23b, 24a, 24b, 27a, 27b, 28a, 28b, 32a, 32b, 33a, 33b)이 형성되어, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)의 전극(23b)과 상기 고정저항소자(24)의 전극(24b) 사이가 제 1 출력 인출부(25)에 의하여 접속되고, 상기 제 1 출력 인출부(25)가 도 9에 나타내는 바와 같이 상기 배선층(77) 상에 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 제 2 자기저항효과 소자(27)의 전극(27b)과 고정 저항소자(28)의 전극(28b) 사이가 제 2 출력 인출부(29)에 의하여 접속되고, 상기 제 2 출력 인출부(29)가 도시 생략한 배선층에 전기적으로 접속되며, 고정저항소자(32)의 전극(32b)과 고정저항소자(31)의 전극(31b) 사이가 제 3 출력 인출부(33)에 의하여 접속되고, 상기 제 3 출력 인출부(33)가 도시 생략한 배선층에 전기적으로 접속되어 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 소자 상, 전극 상 및 출력 인출부 상은, 예를 들면 알루미나나 실리카로 형성된 절연층(80)으로 덮여 있다. 그리고 상기 자기검출장치(20)는 몰드수지(81)에 의하여 패키지화된다.
본 실시형태의 자기검출장치(20)는, 쌍극 검출 대응형 센서이나, 1 출력모드, 2 출력모드의 어느 쪽에서 사용할지를 선택할 수 있다. 「1 출력모드」란 제 1 외부 출력단자(40)로부터 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력하는 모드를 가리키고, 「2 출력」이란, 제 1 외부 출력단자(40)으로부터 (+)자계 검출신호를, 제 2 외부 출력단자(41)로부터 (-)자계 검출신호를 각각 출력하는 모드를 가리킨다. 「1 출력모드」에서, 당연, 제 2 외부 출력단자(41)로부터 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력하여도 되나, 본 실시형태에서는, 「1 출력모드」에서, (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력하는 외부 출력단자를 「제 1 외부 출력단자」라고 정의한다. 그리고 2 출력모드에서 제 1 외부 출력단자로부터 출력되는 자계 검출신호를 (+)자계 검출신호, (+)자계 검출신호를 생성하기 위한 전기적 변화가 생기는 회로부를 (+)자계 검출용 회로라 정의한다.
본 실시형태의 자기검출장치의 특징적 부분인 모드 전환부(50)에 대하여 설명한다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 모드 전환부(50)는 논리회로를 가지고 구성된다. 상기 논리회로는 기억회로인 래치회로(46, 47)와 NOR 회로나 NOT 회로의 기본 논리회로의 조합으로 구성된다.
제 1 래치회로(46)는, 상기 제 2 스위치회로(43)와 제 1 외부 출력단자(40)사이에 설치되고, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (+)자계 검출측 단자(43a)가 접속되어 있다. 또, 제 2 래치회로(47)는, 제 2 스위치회로(43)와 상기 제 2 외부 출력단자(41) 사이에 설치되고, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (-)자계 검출측 단자(43b)가 접속되어 있다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)는, 기본 논리회로인 제 1 NOR 회로(48)의 제 1 입력부(48a)에 접속되어 있다. 상기 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)는, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)에서 입력된 입력신호와 동일한 레벨 신호를 출력하는 쪽이다. 그리고 상기 제 1 NOR 회로(48)의 출력부가 제 1 외부 출력단자(40)에 접속되어 있다.
또, 도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)는, 기본 논리회로인 제 1 NOT 회로(49)의 입력부에 접속되어 있다. 그리고 상기 제 1 NOT 회로(49)의 출력부가 상기 제 2 외부 출력단자(41)에 접속되어 있다.
상기 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)는, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에서 입력된 입력신호와 동일한 레벨의 신호를 출력하는 쪽이다. 한편, 상기 제 2 래치회로(47)의 제 2 출력부(47c)는, 상기 입력부(47a)에 입력되는 입력신호를 반전시킨 레벨의 신호를 출력하는 쪽이다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 래치회로(47)의 제 2 출력부(47c)는 제 2 NOR 회로(51)의 제 1 입력부(51a)에 접속되고, 상기 제 2 NOR 회로(51)의 출력부가 상기 제 1 NOR 회로(48)의 제 2 입력부(48b)에 접속된다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 2 입력부(51b)는, 제 2 NOT 회로(52)에 접속되어 있다. 상기 제 2 NOT 회로(52)의 입력부측의 신호라인은 2개로 나뉘어져, 한쪽의 신호라인은 저항체(54)를 거쳐 전원부(55)에 접속되고, 다른쪽 신호라인은 전환 스위치(53)를 거쳐 어스에 접속되어 있다.
도 2, 도 3의 회로구성은 모두 1 출력모드의 회로 구성도이다. 도 2, 도 3에 나타내는 바와 같이 1 출력모드에서는, 상기 전환 스위치(53)는 개방상태(오프상태)로 되어 있다. 한편, 도 4, 도 5는 모두 2 출력모드의 회로 구성도이다. 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이 2 출력모드에서는, 상기 전환 스위치(53)는 폐쇄상태(온상태)로 되어 있다.
다음에, 먼저 신호가 상기 제 2 스위치회로(43)에 보내지기까지의 원리에 대하여 설명한다.
먼저, 본 실시형태의 자기검출장치(20)에 외부 자계가 작용하고 있지 않은 경우에 대하여 설명한다. 이와 같은 경우, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항값은 모두 변화하지 않는다. 상기 클럭회로(83)로부터의 클럭신호를 제 1 스위치회로(36), 제 2 스위치회로(43) 및 제 3 스위치회로(56)의 각각이 받으면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 스위치회로(36)가 상기 제 1 직렬 회로(26)의 제 1 출력 인출부(25)와 차동 증폭기(35) 사이를 접속하고, 제 2 스위치회로(43)가 상기 컴퍼레이터(38)와 제 1 외부 출력단자(40) 사이를 접속하며, 제 3 스위치회로(56)가 제 1 직렬 회로(26)와 어스단자(42) 사이를 접속하는 (+)방향의 외부 자계검출 회로와, 제 1 스위치회로(36)가 상기 제 2 직렬 회로(30)의 제 2 출력 인출부(29)와 차동 증폭기(35) 사이를 접속하고, 제 2 스위치회로(43)가 상기 컴퍼레이터(38)와 제 2 외부 출력단자(41) 사이를 접속하고, 제 3 스위치회로(56)가 제 2 직렬 회로(30)와 어스단자(42) 사이를 접속하는 (-)방향의 외부 자계 검출회로로, 수십 μsec 마다 전환된다.
외부 자계가 미치고 있지 않으면, (+)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 제 1 브릿지회로(BC3)의 제 1 출력 인출부(25)와 제 3 출력 인출부(33) 사이의 차동전위 및 (-)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 제 2 브릿지회로(BC4)의 제 2 출력 인출부(29)와 제 3 출력 인출부(33) 사이의 차동 전위가, 함께 대략 0이 된다. 차동 증폭기(35)로부터 차동전위가 0인 출력이 컴퍼레이터(38)를 향하여 출력되면, 상기 컴퍼레이터(38)에서는, 슈미트 트리거 입력되고, 저레벨 신호(0 신호)가 생성된다. 또한, 외부 자계가 작용하는 경우에도, 그것이 소정보다 작은 크기일 때, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23) 및 제 2 자기저항효과 소자(27)의 저항변화는 모두 작고, 외부 자계가 작용하지 않는 경우와 마찬가지로, 저레벨 신호(0신호)가 생성된다.
한편, 본 실시형태의 자기검출장치(20)에 (+)방향의 외부 자계가 작용하면, 제 1 자기저항효과 소자(23)의 저항값이 변동하고, 상기 제 1 직렬 회로(26)의 제 1 출력 인출부(25)에서의 중간점 전위가 변동한다(도 1의 회로구성에서 도 6에 나타내는 히스테리시스 특성을 가지고 있으면, 구체적으로는 전위가 커진다).
또한, (+)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 상기 제 3 직렬 회로(34)의 제 3 출력 인출부(33)의 중간점 전위를 기준전위로 하고, 상기 제 1 직렬 회로(26)와 제 3 직렬 회로(34)로 구성되는 제 1 브릿지회로(BC3)의 제 1 출력 인출부(25)와 제 3 출력 인출부(33)의 차동전위를, 상기 차동 증폭기(35)로 생성하여, 컴퍼레이터(38)를 향하여 출력한다. 상기 컴퍼레이터(38)에서는, 상기 차동전위를, 슈미트 트리거 입력에 의해 펄스파형의 신호로 정형하고, 이 때, (+)방향의 외부 자계가 소정 이상의 크기이면 상기 차동전위에 의거하여, 정형된 신호가 고레벨 신호(1신호)로서 생성된다.
마찬가지로, 본 실시형태의 자기검출장치(20)에 (-)방향의 외부 자계가 작용하면, 제 2 자기저항효과 소자(23)의 저항값이 변동하고, 상기 제 2 직렬 회로(30)의 제 2 출력 인출부(29)에서의 중간점 전위가 변동한다(도 1의 회로구성에서 도 7에 나타내는 히스테리시스 특성을 가지고 있으면, 구체적으로는 전위가 커진다).
또한, (-)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 상기 제 3 직렬 회로(34)의 제 3 출력 인출부(33)의 중간점 전위를 기준 전위로 하고, 상기 제 2 직렬 회로(30)와 제 3 직렬 회로(34)로 구성되는 제 2 브릿지회로(BC4)의 제 2 출력 인출부(29)와 제 3 출력 인출부(33) 사이의 차동 전위를 상기 차동 증폭기(35)로 생성하고, 그것을 컴퍼레이터(38)를 향하여 출력한다. 상기 컴퍼레이터(38)에서는, 상기 차동 전위를, 슈미트 트리거 입력에 의해 펄스파형의 신호로 정형하고, 이 때, (-)방향의 외부 자계가 소정 이상의 크기이면 상기 차동 전위에 의거하여, 정형된 신호가 고레벨 신호(1신호)로서 생성된다.
다음에, 1 출력모드이고 또한 (+)방향의 외부 자계를 검출하는 원리에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다. 또한 이하에서는, 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)에서의 신호를 「A」, 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에서의 신호를 「B」, 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)에서의 신호를 「α」, 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)에서의 신호를 「β」, 제 2 NOR 회로(51)의 출력부에서의 신호를 「γ」, 제 1 외부 출력단자(40)에서의 신호를 「OUT1」, 제 2 외부 출력단자(41)에서의 신호를 「OUT2」라고 하여, 각 신호의 레벨을 이하의 표 1(1 출력모드)에 나타낸다.
| 외부 자계 | A | B | α | β | γ | OUT1 | OUT2 |
| +H | H | L | H | L | L | L(ON) | H(OFF) |
| -H | L | H | L | H | H | L(ON) | L(ON) |
| 없음 | L | L | L | L | L | H(OFF) | H(OFF) |
L : 저레벨
H : 고레벨
표 1에 나타내는 「H」는 고레벨 신호(1 신호)를, 「L」은 저레벨 신호(0 신호)를 나타낸다.
상기한 바와 같이 1 출력모드에서는, 전환 스위치(53)가 개방상태로 되어 있다. 그리고 1 출력모드에서 또한 (+)자계 검출시의 각 부의 신호 레벨은 표 1의「외부 자계」란의 상단(+H의 행)에 나타나 있다.
(+)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (+)자계 검출측 단자(43a)가 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 소정 이상의 (+)방향의 외부 자계가 작용한 상태에서는, 컴퍼레이터(38)로 고레벨 신호(1 신호)가 생성되고, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)에 입력된다. 한편, 전환 스위치(53)가 개방상태이기 때문에 제 2 NOT 회로(52)의 입력부에는 고레벨의 입력신호가 입력되고, 상기 제 2 NOT 회로(52)의 출력부에서 저레벨의 입력신호가 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 2 입력부(51b)에 입력된다. 그리고, 상기 제 2 래치회로(47)의 제 2 출력부(47c)에서는 고레벨의 입력신호가 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 1 입력부(51a)에 입력된다. 그 결과, 제 2 NOR 회로(51)의 출력부에서 저레벨의 입력신호가 제 1 NOR 회로(48)의 제 2 입력부(48b)에 입력된다(표 1 상단의 γ란). 한편, 표 1의 상단의 α란에 있는 바와 같이, 제 1 NOR 회로(48)의 제 1 입력부(48a)에는, 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)에서 고레벨의 입력신호가 입력된다. 따라서 상기 제 1 NOR 회로(48)에서는, 고레벨(1 신호)와 저레벨(0 신호)의 양쪽의 입력신호에 의하여 저레벨(0 신호)의 출력신호가, 제 1 외부 출력단자(40)에 자계 검출신호(온 신호)로서 출력된다. 한편, 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)로부터 제 1 NOT 회로(49)를 거쳐 제 2 외부 출력단자(41)에는, 오프신호로서 고레벨의 출력신호(1 신호)가 출력된다.
다음에, 1 출력모드에서 또한 (-)방향의 자계를 검출하는 원리에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다.
(-)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (-)자계 검출측 단자(43b)가 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 소정 이상의 (-)방향의 외부 자계가 작용한 상태에서는, 컴퍼레이터(38)로 고레벨 신호(1 신호)가 생성되어, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에 입력된다. 표 1의 중간단(「외부 자계」란의「-H」의 행)에 나타내는 레벨의 신호(A, B, α, β, γ)가 입력이나 출력됨으로써, 제 1 NOR 회로(48)로부터 제 1 외부 출력단자(40)에 자계 검출신호(온신호)인 저레벨의 출력신호가 출력된다. 마찬가지로, 제 1 NOT 회로(49)로부터 제 2 외부 출력단자(41)에도, 자계 검출신호(온신호)인 저레벨의 출력신호가 출력된다.
다음에, 1 출력모드에서 외부 자계가 작용하고 있지 않은, 또는 (+)(-)의 외부 자계가 작용하여도 소정보다 작은 크기의 외부 자계일 때, 표 1의 하단(「외부 자계」란의「없음」행)에 나타내는 바와 같이 저레벨 신호(0 신호)가 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a), 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에 입력되고, 최종적으로 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)에는, 오프신호로서의 고레벨 신호가 출력된다.
표 1의 상단 및 중간단에서의 α란 및 γ란에 나타내는 바와 같이, 소정 이상의 크기의 (+)자계 검출시, (-)자계 검출시의 양쪽에서, 제 1 외부 출력단자(40)에 접속된 제 1 NOR 회로(48)의 입력부(48a, 48b)에는, 고레벨과 저레벨의 양쪽의 입력신호가 입력된다. 이 때문에, 상기 제 1 NOR 회로(48)로부터는, (+)자계 검출시, (-)자계 검출시의 양쪽에서, 자계 검출신호(온신호)인 저레벨 신호가 출력된다.
이상에 의하여, 상기 제 1 외부 출력단자(40)를 기기측과 접속하고, 상기 제 1 외부 출력단자(40)를 유효하게 함으로써, 상기 제 1 외부 출력단자(40)로부터 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 양쪽을 인출할 수 있다. 즉 쌍극 검출 대응으로 또한 1 출력모드로 할 수 있다.
다음에, 2 출력모드에서 또한 (+)방향의 외부 자계를 검출하는 원리에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다. 또한 이하에서는, 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)에서의 신호를 「A」, 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에서의 신호를 「B」, 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)에서의 신호를 「α」, 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)에서의 신호를 「β」, 제 2 NOR 회로(51)의 출력부에서의 신호를 「γ」, 제 1 외부 출력단자(40)에서의 신호를 「OUT1」, 제 2 외부 출력단자(41)에서의 신호를「OUT2」라 하고, 각 신호의 레벨을 이하의 표 2(2 출력모드)에 나타낸다.
| 외부 자계 | A | B | α | β | γ | OUT1 | OUT2 |
| +H | H | L | H | L | L | L(ON) | H(OFF) |
| -H | L | H | L | H | L | H(OFF) | L(ON) |
| 없음 | L | L | L | L | L | H(OFF) | H(OFF) |
L : 저레벨
H : 고레벨
표 2에 나타내는 「H」는 고레벨 신호(1 신호)를, 「L」은 저레벨 신호(0 신호)를 나타낸다. 상기한 바와 같이 2 출력모드에서는, 전환 스위치(53)가 폐쇄상태로 되어 있다.
그리고 2 출력모드에서 또한 (+)자계 검출시의 각 부의 신호 레벨은 표 2의 상단(「외부 자계」란의 상단)에 나타나 있다.
(+)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (+)자계 검출측 단자(43a)가 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 소정 이상의 (+)방향의 외부 자계가 작용한 상태에서는, 컴퍼레이터(38)로 고레벨 신호(1 신호)가 생성되어, 상기 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a)에 입력된다. 한편, 전환 스위치(53)가 폐쇄상태이기 때문에 제 2 NOT 회로(52)의 입력부에는 저레벨의 입력신호가 입력되고, 상기 제 2 NOT 회로(52)의 출력부에서는 고레벨의 입력신호가 상기 제2 NOR 회로(51)의 제 2 입력부(51b)에 입력된다. 그리고, 상기 제 2 래치회로(47)의 제 2 출력부(47c)로부터는 고레벨의 입력신호가 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 1 입력부(51a)에 입력된다. 그 결과, 제 2 NOR 회로(51)의 출력부에서 저레벨의 입력신호가 제 1 NOR 회로(48)의 제 2 입력부(48b)에 입력된다(표 2의 상단의 γ란). 한편, 표 2의 상단의 α란에 있는 바와 같이, 제 1 NOR 회로(48)의 제 1 입력부(48a)에는, 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)에서 고레벨의 입력신호가 입력된다. 따라서 상기 제 1 NOR 회로(48)에서는, 고레벨(1 신호)와 저레벨(0 신호)의 양쪽의 입력신호에 의해 저레벨(0 신호)의 출력신호가, 제 1 외부 출력단자(40)에 자계 검출신호(온신호)로서 출력된다. 한편, 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)에서 제 1 NOT 회로(49)를 거쳐 제 2 외부 출력단자(41)에는, 오프신호로서의 고레벨 신호(1 신호)가 출력된다.
다음에, 2 출력모드에서 또한 (-)방향의 외부 자계를 검출하는 원리에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다.
(-)방향의 외부 자계 검출회로의 상태에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)측에 상기 제 2 스위치회로(43)의 (-)자계 검출측 단자(43b)가 접속되어 있다.
상기한 바와 같이, 소정 이상의 (-)방향의 외부 자계가 작용한 상태에서는, 컴퍼레이터(38)로부터 고레벨 신호(1 신호)가 생성되고, 상기 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에 입력된다. 한편, 전환 스위치(53)가 폐쇄상태이기 때문에, 제 2 NOT 회로(52)의 입력부에는 저레벨의 입력신호가 입력되고, 상기 제 2 NOT 회로(52)의 출력부에서는 고레벨의 입력신호가 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 2 입력부(51b)에 입력된다. 그리고, 상기 제 2 래치회로(47)의 제 2 출력부(47c)로부터는 저레벨의 입력신호가 상기 제 2 NOR 회로(51)의 제 1 입력부(51a)에 입력된다. 그 결과, 제 2 NOR 회로(51)의 출력부로부터 저레벨의 입력신호가 제 1 NOR 회로(48)의 제 2 입력부(48b)에 입력된다[표 2의 중간단(「외부 자계」란의「-H」행)의 γ란]. 한편, 표 2의 중간단의 α란에 있는 바와 같이, 제 1 NOR 회로(48)의 제 1 입력부(48a)에는, 제 1 래치회로(46)의 제 1 출력부(46b)로부터 저레벨의 입력신호가 입력된다. 따라서 상기 제 1 NOR 회로(48)에서는, 2개의 저레벨(0 신호)의 입력신호에 의해 고레벨(0 신호)의 출력신호가, 제 1 외부 출력단자(40)에 오프신호로서 출력된다. 한편, 제 2 래치회로(47)의 제 1 출력부(47b)로부터 제 1 NOT 회로(49)를 거쳐 제 2 외부 출력단자(41)에는, 온신호로서의 저레벨 신호(0 신호)가 출력된다.
다음에, 2 출력모드에서 외부 자계가 작용하고 있지 않는, 또는 (+)(-)의 외부 자계가 작용하여도 소정보다 작은 크기의 외부 자계일 때, 표 2의 하단(「외부 자계」란의「없음」행)에 나타내는 바와 같이 저레벨 신호(0 신호)가 제 1 래치회로(46)의 입력부(46a), 제 2 래치회로(47)의 입력부(47a)에 입력되고, 최종적으로 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)로부터는, 오프신호로서의 고레벨 신호가 출력된다.
표 2의 상단의 α란 및 γ란에 나타내는 바와 같이, 소정 이상의 크기의 (+)자계 검출시, 제 1 외부 출력단자(40)에 접속된 제 1 NOR 회로(48)의 입력부(48a, 48b)에는, 고레벨과 저레벨의 양쪽의 입력신호가 입력된다. 이 때문에, 상기 제 1 NOR 회로(48)로부터는, (+)자계 검출시에 있어서, 자계 검출신호(온신호)인 저레벨신호가 출력된다. 한편, 상기 제 2 외부 출력단자(41)로부터는 (+)자계 검출시에 있어서, 오프신호로서의 고레벨 신호가 출력된다.
한편, 표 2의 중간단의 α란 및 γ란에 나타내는 바와 같이, 소정 이상의 크기의 (-)자계 검출시, 제 1 외부 출력단자(40)에 접속된 제 1 NOR 회로(48)의 입력부(48a, 48b)에는 모두 저레벨의 입력신호가 입력된다. 이 때문에, 상기 제 1 NOR 회로(48)로부터는, (-)자계 검출시에 있어서, 오프신호로서의 고레벨 신호가 출력된다. 한편, 상기 제 2 외부 출력단자(41)로부터는 (-)자계 검출시에 있어서, 자계 검출신호(온신호)인 저레벨 신호가 출력된다.
표 1 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 1 출력모드 및 2 출력모드에 있어서, 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)의 신호 레벨은, (-)자계 검출시의 제 1 외부 출력단자(40)의 신호 레벨만이 다를 뿐이고 그것 이외는 일치하고 있다. (-)자계 검출시의 제 1 외부 출력단자(40)의 신호 레벨을 고레벨로 하여 오프신호를 내게 함으로써 (+)자계 검출시에는 제 1 외부 출력단자(40)로부터, (-)자계 검출시에는 제 2 외부 출력단자(41)로부터 각각 자계 검출신호를 인출하는 것이 가능하게 된다.
이상에 의하여, 상기 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)의 양쪽을 기기측과 접속하고, 상기 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)의 양쪽을 유효하게 함으로써, 상기 제 1 외부 출력단자(40)로부터 (+)자계 검출신호를, 제 2 외부 출력단자(41)로부터 (-)자계 검출신호를 인출할 수 있다. 즉, 쌍극 검출 대응으로 또한 2 출력모드로 할 수 있다.
본 실시형태의 자기검출장치(20)의 특징적 부분에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 제 1 외부 출력단자(40)로부터, (+)자계 검출신호와 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력시키는 1 출력모드 및 상기 (+)자계 검출신호를 상기제 1 외부 출력단자(40)로부터, 상기 (-)자계 검출신호를 상기 제 2 외부 출력단자(41)로부터 각각 출력시키는 2 출력모드로 전환 가능한 모드 전환부(50)가 설치되어 있다.
상기 모드 전환부(50)를 집적회로(22) 내에 설치함으로써, 모드 선택이 가능하게 되고, 특히 이와 같은 모드 선택을 간단한 회로구성으로 또한 하나의 집적회로(22)를 설치함으로써 실현할 수 있어 생산비용을 저감할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 모드 전환부(50)는, 논리회로를 가지고 구성되어 있는 것이, 간단한 회로구성으로 모드 전환을 실현할 수 있어 바람직하다.
본 실시형태에서는, 상기 논리회로는, 상기 제 1 외부 출력단자(40)에 접속되는 제 1 NOR 회로(48)를 가지고 있고, 상기 1 출력모드시, 상기 NOR 회로(48)에 설치된 2개의 입력부(48a, 48b)에는, (+)자계 검출시 및 (-)자계 검출시의 어느 쪽일때라도, 고레벨 및 저레벨의 양쪽의 입력신호가 입력되어, 저레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자(40)에 자계 검출신호로서 출력되도록 제어된다.
한편, 상기 2 출력모드에서 또한 (+)자계 검출시에서는, 상기 1 출력모드와 동일한 저레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자(40)에 (+)자계 검출신호로서 출력되고, 이 때, 제 2 외부 출력단자(41)에는, 오프신호인 고레벨 신호가 출력되도록 제어되어 있다.
또, 상기 2 출력모드에서 또한 (-)자계 검출시에서는, 상기 NOR 회로(48)에 설치된 입력부(48b)에, 1 출력모드시와는 반전된 저레벨의 입력신호가 입력되고, 이 결과, 오프신호인 고레벨의 신호가 NOR 회로(48)로부터 제 1 외부 출력단자(40)에 출력되고, 이 때, 제 2 외부 출력단자(41)에는, 상기 (-)자계 검출신호가 되는 저레벨의 출력신호가 출력되도록 제어된다.
이상과 같이, 논리회로를 사용하여, 1 출력모드일 때는, 제 1 외부 출력단자(40)로부터 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력할 수 있도록 제어하고, 2 출력모드일 때는, 제 1 외부 출력단자(40)로부터 (+)자계 검출신호가 출력될 때에는, 제 2 외부 출력단자(41)로부터는 반드시 오프신호가 출력되고, 또 제 2 외부 출력단자(41)로부터 (-)자계 검출신호가 출력될 때에는, 제 1 외부 출력단자(40)로부터는 반드시 오프신호가 출력되도록 제어되어 있다.
상기한 1 출력모드와 2 출력모드의 전환은, 도 2 내지 도 5에 나타내는 전환 스위치(53)의 스위치동작으로 행하고 있고, 본 실시형태에서는, 제 1 NOR 회로(48)의 제 2 입력부(48b)에 입력되는 신호를 상기 스위치동작에 의하여 반전시킴으로써(표 1 및 표 2의 중간단의 γ란을 참조), 1 출력모드와 2 출력모드로 전환되고 있다.
상기 전환 스위치(53)의 스위치동작은, 예를 들면 외부로부터 인위적 동작에 의하여 전환할 수도 있고, 또는 프로그램제어에 의하여 전환할 수도 있다.
본 실시형태에 의한 쌍극 검출 대응형의 자기검출장치(20)는, 예를 들면, 폴더형 휴대전화의 개폐검지에 사용할 수 있다.
도 12에 나타내는 바와 같이 폴더형 휴대전화(90)는, 제 1 부재(91)와 제 2 부재(92)를 가지고 구성된다. 상기 제 1 부재(91)는 화면 표시측이고, 상기 제 2 부재(92)는 조작체측이다. 상기 제 1 부재(91)의 상기 제 2 부재(92)와의 대향면에는 액정디스플레이나 리시버 등이 설치되어 있다. 상기 제 2 부재(92)의 상기 제 1 부재(91)와의 대향면에는, 각종 버튼 및 마이크 등이 설치되어 있다. 도 12는 폴더형 휴대전화(90)를 닫은 상태이고, 도 12에 나타내는 바와 같이 상기 제 1 부재(91)에는 자석(94)이 내장되고, 상기 제 2 부재(92)에는 본 실시형태의 자기검출장치(20)가 내장되어 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이 닫은 상태에서, 상기 자석(94)과 자기검출장치(20)는 서로 대향한 위치에 배치되어 있다. 또는 상기 자기검출장치(20)는 상기 자석(94)과의 대향위치보다, 외부 자계의 진입방향과 평행한 방향으로 어긋난 위치에 배치되어도 된다.
도 12에서는, 상기 자석(94)으로부터 방출된 (+)방향의 외부 자계가, 상기 자기검출장치(20)에 전달되고, 상기 자기검출장치(20)에서는 상기 외부 자계를 검출하며, 이것에 의하여, 폴더형 휴대전화(90)는 닫힌 상태에 있음이 검출된다.
한편, 도 13과 같이 폴더형 휴대전화(90)를 열면, 상기 제 1 부재(91)가 상기 제 2 부재(92)로부터 떨어짐에 따라, 서서히 상기 자기검출장치(20)에 전달되는 외부 자계(+H)의 크기는 작아져 가고, 결국 상기 자기검출장치(20)에 전달되는 외부 자계(+H)는 제로가 된다. 상기 자기검출장치(20)에 전달되는 외부 자계(+H)의 크기가 어느 소정의 크기 이하가 된 경우에, 상기 폴더형 휴대전화(90)가 열린 상태에 있음이 검출되고, 예를 들면, 상기 휴대전화(90) 내에 내장되는 제어부에서, 액정 디스플레이나 조작 버튼의 뒤쪽에 있는 백라이트가 빛나도록 제어되고 있다.
본 실시형태의 자기검출장치(20)는, 양극 대응형 센서이다. 즉, 도 12에서는, 자석(94)의 N 극은 도면 왼쪽에 S 극은 도면 오른쪽에 위치하나, 도 14에 나타내는 바와 같이 극성을 반대로 한 경우(N 극이 도면 오른쪽, S 극이 도면 왼쪽), 상기 자기검출장치(20)에 미치게 되는 외부 자계(-H)의 방향은, 도 1의 외부 자계(+H)의 방향과 반전한다. 본 실시형태에서는, 이러한 경우에도, 도 14와 같이 폴더형 휴대전화(90)를 닫은 상태로부터 도 15와 같이 상기 휴대전화(90)를 열었을 때, 연 것이 적절하게 검지되도록 되어 있다.
따라서, 외부 자계의 극성과 상관없이 자석(94)을 배치할 수 있기 때문에, 상기 자석(94)의 배치에 규제가 없어져, 조립이 용이하게 된다.
상기한 개폐 검지방법에서는, 외부 자계의 방향까지 인지할 수 없어도, 양극 에서 외부 자계의 변화만을 검지할 수 있으면 된다. 즉 본 실시형태에서의 1 출력모드로 전환하여 제 1 외부 출력단자(40)만을 사용할 수 있다.
또는, 이하에 설명하는 바와 같이, 턴오버타입의 폴더형 휴대전화(100)와 같이, 외부 자계의 방향에 따라 다른 기능을 기동시키는 경우는, 2 출력모드로 전환하여, 외부 출력단자(40, 41)로부터 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호의 각각을 검지할 수 있도록 제어한다.
도 16과 같이 폴더형 휴대전화(100)를 열면, 도 13, 도 15에서 설명한 바와 같이, 자기검출장치(20)에 미치게 되는 외부 자계의 강도 변화에 의하여, 휴대전화(100)가 열린 것이 검지된다. 도 16일 때의 자석(101)의 배치는 도 18에 나타내는 평면도로 나타내는 바와 같고, 상기 휴대전화(100)의 제 1 부재(102)를, 회전축을 중심으로 하여 180도 회전시키고, 도 16의 상태에서, 상기 제 1 부재(102)의 안쪽 면이었던 화면 표시면(102a)을, 도 17, 도 19에 나타내는 바와 같이, 바깥쪽 면을 향한다. 이때 도 19에 나타내는 바와 같이 자석(101)의 방향은, 도 18의 배치상태로부터 반전한다. 예를 들면, 제 1 부재(102)를 턴오버시킴으로써 카메라 기능을 기동시키는 경우에는, 자기검출장치(20)는, 도 16과 같이 휴대전화(100)를 열거나 닫는 것을 검지하는 개폐 검지 기능 이외에, 자석(101)의 방향이 반전한 것을 검지할 수 있어야 하나, 본 실시형태의 자기검출장치(20)에서는, 도 4, 도 5에 나타내는 2 출력모드에 의하여, (+)자계 검출신호, (-)자계 검출신호를 구별하여, 자석(101)의 자계방향을 검지 가능하게 하고 있다.
본 실시형태에서의 센서부(21)의 구성은 일례이며, (+)방향의 외부 자계 및 (-)방향의 외부 자계의 각 자계 강도변화에 대하여, 전기적 특성이 변화하는 센서부(21)이면, 감자소자로서, 예를 들면 자기저항효과 소자가 아닌 자기 임피던스소자나 홀소자 등을 사용하여도 되나, 자기저항효과 소자이면 도 1에 나타내는 간단한 회로구성으로 쌍극 대응형을 실현할 수 있어 적합하다.
본 실시형태에서는, 제 1 브릿지회로(BC3)에서 (+)방향의 외부 자계를 검지하고, 제 2 브릿지회로(BC4)에서 (-)방향의 외부 자계를 검지하나, 이와 같이 (+)방향 및 (-)방향의 외부 자계를 2개의 브릿지회로(BC3, BC4)로 검지함과 동시에, 각 브릿지회로에 공유하는 직렬 회로가 존재하는 것이 소자수를 줄이게 하는 점에서 적합하다.
단, 본 실시형태에서의 센서부(21)의 소자구성에서는, 제 1 브릿지회로(BC3)와 제 2 브릿지회로(BC4)에서 공유한 제 5, 제 6 저항소자(31, 34)는 외부 자계에 대하여 저항 변화하지 않는 고정 저항이고, 제 3 출력 인출부(33)에서의 고정 전위를 기준으로 하여, 제 1 브릿지회로(BC3)의 차동 전위 및 제 2 브릿지회로(BC4)의 차동 전위가 생기기 때문에, 상기 차동 전위는, 도 20의 종래의 센서구성에 비하여 작아진다.
따라서, 종래의 센서구성의 경우에서의 차동 전위와 동등한 차동 전위를 얻기 위하여, 도 1, 도 2에 나타내는 상기 제 5 저항소자(31)를, 제 1 직렬 회로(26)에 배치되어 있는 제 1 자기저항효과 소자(23)와 동일한 자기저항효과 소자로 형성하고, 또 상기 제 6 저항소자(32)를, 제 2 직렬 회로(30)에 배치되어 있는 제 2 자기저항효과 소자(27)와 동일한 자기저항효과 소자로 형성하여도 된다.
또는, 도 1, 도 2에 나타내는 제 1 직렬 회로(26)에 접속된 제 2 저항소자(24) 및 제 2 직렬 회로(30)에 접속된 제 4 저항소자(28)는, 외부 자계에 대하여 저항 변화하지 않는 고정 저항이었으나, 예를 들면 제 2 저항소자(24)를, (+)방향의 외부 자계에 대하여 전기저항이 변화하나, 외부 자계의 자계 강도 변화에 대한 저항값의 증감이, 상기 제 1 자기저항효과 소자(23)와는 반대의 경향을 나타내는 자기저항효과 소자로 형성하고, 또 제 4 저항소자(28)를, (-)방향의 외부 자계에 대하여 전기저항이 변화하나, 외부 자계의 자계 강도 변화에 대한 저항값의 증감이, 상기 제 2 자기저항효과 소자(27)와는 반대의 경향을 나타내는 자기저항효과 소자로 형성하면, 차동 전위를 크게 할 수 있어, 검출 감도를 양호하게 할 수 있어 적합하다.
도 1, 도 2에 나타내는 실시형태에서는, 제 1 직렬 회로(26)와 제 3 직렬 회로(34)로 구성되는 제 1 브릿지회로(BC3) 및 제 2 직렬 회로(30) 및 제 3 직렬 회로(34)로 구성되는 제 2 브릿지회로(BC4)에서는, 제로의 외부 자계(무자장상태)를 기준으로 하여 (+)방향 및 (-)방향으로 서서히 커지면, 차동 전위의 증감경향은, (+)방향의 외부 자계가 작용할 때와, (-)방향의 외부 자계가 작용할 때에 동일해진다. 이와 같이 차동 전위의 증감 경향을 동일하게 함으로써, 상기 컴퍼레이터(38)의 슈미트 트리거 입력값을 (+)방향의 외부 자계가 미칠 때와, (-)방향의 외부 자계가 미칠 때에 적절하게 변경할 필요가 없어, 제어가 편리하고, 또한 하나의 컴퍼레이터(38)를 사용하면 충분하다.
또, 본 실시형태에서는, 제 1 브릿지회로(BC3) 및 제 2 브릿지회로(BC4)에 서 공통의 제 3 직렬 회로(34)를 사용하였다. 이에 의하여, 센서부(21)를 구성하는 소자수를 줄이게 한다는 장점이 있으나, 센서부(21)의 구성으로서는, 도 20에 나타내는 독립된 2개의 브릿지회로를 사용하여, 한쪽에서 (+)방향의 외부 자계를 검지하고, 다른쪽에서 (-)방향의 외부 자계를 검지할 수 있도록 하여도 된다.
또 자기저항효과 소자에 바이어스 자계를 부여할지의 여부는 임의이다. 상기 자기저항효과 소자를 구성하는 프리 자성층에 바이어스 자계를 공급하지 않아도 되나, 상기 바이어스 자계를 공급하는 경우에는, 예를 들면 고정 자성층과 프리 자성층과의 자화를 무자장상태에서 직교하는 관계로 제어한다.
또, 본 실시형태에서의 모드 전환부(50)의 회로구성은 일례로서 이것에 한정되어야 하는 것은 아니다. 단, 도 2 내지 도 5에 나타내는 논리회로를 사용한 모드 전환부(50)로 함으로써 1 출력모드와 2 출력모드의 양쪽을 얻을 수 있는 회로구성을 간단하게 할 수 있다. 특히 1 출력모드와 2 출력모드의 전환을 전환 스위치(53)의 스위치동작에 의하여 행할 수 있게 하면, 간단하게 모드 전환을 행할 수 있어 적합하다.
또 도 2 내지 도 5에서, 전환 스위치(53)를 1 출력모드시, 폐쇄하고, 2 출력모드시, 개방으로 하는 경우, 제 2 NOT 회로(52)는 필요없다.
또한 본 실시형태에서는, 상기 제 1 외부 출력단자(40)에는 제 1 NOR 회로(48)가 접속되어 있었으나, 이것 대신 OR 회로가 접속되고, 1 출력모드 및 2 출력모드에서 각 부에서의 신호 레벨을 조정하여도 된다.
또, 본 실시형태에서는, 제 1 외부 출력단자(40) 및 제 2 외부 출력단자(41)로부터 출력되는 신호를 저레벨을 자계 검출신호로, 고레벨을 오프신호로 하였으나, 각 부에서의 신호 레벨을 조정하여, 고레벨을 자계 검출신호로, 저레벨을 오프신호로 설정하는 것도 가능하다.
또 본 실시형태의 자기검출장치(20)는, 폴더형 휴대전화의 개폐 검지 이외에 게임기 등의 휴대식 전자기기의 개폐 검지 등에 사용되여도 된다. 본 형태는, 상기 개폐 검지 이외에도, 쌍극 검출 대응의 자기검출장치(20)가 필요한 용도로 사용할 수 있다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 자기검출장치 21 : 센서부
22 : 집적회로(IC)
23 : 제 1 자기저항효과 소자(제 1 저항소자)
24 : 고정 저항소자(제 2 저항소자)
25 : 제 1 출력 인출부 26 : 제 1 직렬 회로
27 : 제 2 자기저항효과 소자(제 3 저항소자)
28 : 고정 저항소자(제 4 저항소자)
29 : 제 2 출력 인출부 30 : 제 2 직렬 회로
31 : 고정 저항소자(제 5 저항소자)
32 : 고정 저항소자(제 6 저항소자)
33 : 제 3 출력 인출부 34 : 제 3 직렬 회로
35 : 차동 증폭기
36 : 제 1 스위치회로(제 1 접속 전환부)
38 : 컴퍼레이터 39 : 입력단자
40 : 제 1 외부 출력단자 41 : 제 2 외부 출력단자
42 : 어스단자 43 : 제 2 스위치회로
46, 47 : 래치회로 48 : 제 1 NOR 회로
49 : 제 1 NOT 회로 50 : 모드 전환부
51 : 제 2 NOR 회로 52 : 제 2 NOT 회로
53 : 전환 스위치 62 : 반강자성층
63 : 고정 자성층(제 1 자성층) 64 : 비자성 중간층
65, 67 : 프리 자성층(제 2 자성층) 78, 80 : 절연층
81 : 몰드수지 83 : 클럭회로
90, 100 : 폴더형 휴대전화 91, 102 : 제 1 부재
92 : 제 2 부재 94, 101 : 자석
20 : 자기검출장치 21 : 센서부
22 : 집적회로(IC)
23 : 제 1 자기저항효과 소자(제 1 저항소자)
24 : 고정 저항소자(제 2 저항소자)
25 : 제 1 출력 인출부 26 : 제 1 직렬 회로
27 : 제 2 자기저항효과 소자(제 3 저항소자)
28 : 고정 저항소자(제 4 저항소자)
29 : 제 2 출력 인출부 30 : 제 2 직렬 회로
31 : 고정 저항소자(제 5 저항소자)
32 : 고정 저항소자(제 6 저항소자)
33 : 제 3 출력 인출부 34 : 제 3 직렬 회로
35 : 차동 증폭기
36 : 제 1 스위치회로(제 1 접속 전환부)
38 : 컴퍼레이터 39 : 입력단자
40 : 제 1 외부 출력단자 41 : 제 2 외부 출력단자
42 : 어스단자 43 : 제 2 스위치회로
46, 47 : 래치회로 48 : 제 1 NOR 회로
49 : 제 1 NOT 회로 50 : 모드 전환부
51 : 제 2 NOR 회로 52 : 제 2 NOT 회로
53 : 전환 스위치 62 : 반강자성층
63 : 고정 자성층(제 1 자성층) 64 : 비자성 중간층
65, 67 : 프리 자성층(제 2 자성층) 78, 80 : 절연층
81 : 몰드수지 83 : 클럭회로
90, 100 : 폴더형 휴대전화 91, 102 : 제 1 부재
92 : 제 2 부재 94, 101 : 자석
Claims (6)
- (+)방향의 외부 자계 및 상기 (+)방향과 반대방향인 (-)방향의 외부 자계의 각 자계 강도 변화에 대하여, 전기적 특성이 변화하는 센서부와, 상기 센서부에 접속되고, 상기 전기적 변화에 의거하여 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호를 생성하여 출력하는 집적회로를 구비하고,
상기 집적회로는, 제 1 외부 출력단자, 제 2 외부 출력단자 및,
상기 제 1 외부 출력단자로부터, 상기 (+)자계 검출신호 및 상기 (-)자계 검출신호의 양쪽을 출력시키는 1 출력모드와,
상기 (+)자계 검출신호를 상기 제 1 외부 출력단자로부터, 상기 (-)자계 검출신호를 상기 제 2 외부 출력단자로부터 각각 출력시키는 2 출력모드로 전환 가능한 모드 전환부를 가지며,
상기 센서부는, (+)방향의 외부 자계의 자계 강도 변화에 의거하여 전기저항이 변화하는 자기저항효과를 이용한 제 1 자기저항효과 소자를 가지는 (+)자계검출용 제 1 회로부와,
상기 (+)방향과는 반대방향의 (-)방향의 외부 자계의 자계 강도 변화에 의거하여 전기저항이 변화하는 자기저항효과를 이용한 제 2 자기저항효과 소자를 가지는 (-)자계 검출용 제 2 회로부를 가지고 구성되고,
상기 센서부는,
브릿지회로가 고정저항소자로 이루어지는 제 1 하프브릿지와,
(+)방향의 외부 자계의 자계강도에 의거하여 전기저항이 변화되는 자기저항효과를 이용한 제 1 자기저항효과 소자를 가지는 (+)자계 검출용의 제 2 하프브릿지와,
(-)방향의 외부 자계의 자계강도에 의거하여 전기저항이 변화되는 자기저항효과를 이용한 제 2 자기저항효과 소자를 가지는 (-)자계 검출용의 제 3 하프브릿지를 포함하고,
상기 제 1 하프브릿지, 상기 제 2 하프브릿지 및 상기 제 3 하프브릿지의 각각의 중점으로부터 상기 집적회로 내의 차동 증폭기로 연결되며,
상기 제 1 하프브릿지의 중점은 상기 차동 증폭기의 1개의 입력단자에, 상기 제 2 및 제 3 하프브릿지의 중점은 그 중 어느 쪽을 전환하여 상기 차동 증폭기의 다른 입력단자로 연결되고,
상기 제 1 자기저항효과 소자 및 상기 제 2 자기저항효과 소자는 GMR 소자 또는 TMR 소자인 것을 특징으로 하는 자기검출장치. - 제 1항에 있어서,
상기 모드 전환부에는, 전환 스위치가 설치되고, 상기 전환 스위치의 스위치동작에 의하여, 1 출력모드와 2 출력모드로 전환 가능하게 되고 있는 것을 특징으로 하는 자기검출장치. - 제 1항에 있어서,
상기 모드 전환부는, 논리회로를 가지고 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기검출장치. - 제 3항에 있어서,
상기 논리회로는, 상기 제 1 외부 출력단자에 접속되는 NOR회로, 또는 OR 회로를 가지고 있고,
상기 1 출력모드시, 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 설치된 2개의 입력부에는, (+)자계 검출시 및 (-)자계 검출시의 어느 쪽일 때에도, 고레벨 및 저레벨의 양쪽의 입력신호가 입력되어, 동일한 레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자에 (+)자계 검출신호 및 (-)자계 검출신호로서 출력되고,
상기 2 출력모드에서 또한 (+)자계 검출시에서는, 상기 제 1 외부 출력단자로부터 상기 (+)자계 검출신호가 출력됨과 동시에, 상기 제 2 외부 출력단자로부터, 상기 (+)자계 검출신호와는 반전된 레벨의 출력신호가 오프신호로서 출력되고,
상기 2 출력모드에서 또한 (-)자계 검출시에서는, 제 2 외부 출력단자로부터, 상기 (-)자계 검출신호가 출력됨과 동시에, 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 설치된 2개의 입력부 중 한쪽의 입력부에, 1 출력모드시와는 반전된 레벨의 입력신호가 입력되어, 상기 (-)자계 검출신호와는 반전된 레벨의 출력신호가 상기 제 1 외부 출력단자로부터 오프신호로서 출력되는 것을 특징으로 하는 자기검출장치. - 제 4항에 있어서,
상기 NOR 회로 또는 OR 회로의 상기 한쪽의 입력부에는 전환 스위치가 접속되고, 상기 전환 스위치의 스위치동작에 의하여 상기 NOR 회로 또는 OR 회로에 입력되는 신호 레벨이 반전됨으로써, 1 출력모드와 2 출력모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 자기검출장치. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 자기저항효과 소자 및 상기 제 2 자기저항효과 소자는, 고정 자성층과 비자성 중간층과 프리 자성층으로 이루어지고 그 순서로 적층되며,
상기 제 1 자기저항효과 소자의 고정 자성층의 자화와 상기 제 2 자기저항효과 소자의 고정 자성층의 자화가 동일한 방향을 향하고, 무자계 중에서는 상기 제 1 자기저항효과 소자의 프리 자성층의 자화와 상기 제 2 자기저항효과 소자의 프리 자성층의 자화는 역방향을 향하는 것을 특징으로 하는 자기검출장치.
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