WO2017099156A1 - 磁気センサ - Google Patents

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WO2017099156A1
WO2017099156A1 PCT/JP2016/086463 JP2016086463W WO2017099156A1 WO 2017099156 A1 WO2017099156 A1 WO 2017099156A1 JP 2016086463 W JP2016086463 W JP 2016086463W WO 2017099156 A1 WO2017099156 A1 WO 2017099156A1
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magnetic
magnetic sensor
wirings
wiring
plate
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PCT/JP2016/086463
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Inventor
隆二 野平
威信 中村
Original Assignee
旭化成エレクトロニクス株式会社
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Publication date
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
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    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor.
  • a thin film plate made of a ferromagnetic material such as a Ni—Fe alloy (referred to as a magnetic converging plate) and a pair of Hall elements are combined to detect a magnetic field (referred to as a transverse magnetic field) parallel to the substrate supporting them.
  • Magnetic sensors are known (for example, Patent Documents 1 to 3).
  • This magnetic sensor utilizes a function of converting a transverse magnetic field into a magnetic field perpendicular to the substrate (referred to as a longitudinal magnetic field) by drawing a magnetic field line of the transverse magnetic field by a magnetic focusing plate. Since the drawing of the magnetic lines of force by the magnetic converging plate is particularly strong in the vicinity of the end portion, the Hall element is arranged in the vicinity of the end portion of the magnetic converging plate.
  • the longitudinal magnetic field converted from the transverse magnetic field by the magnetic converging plate has opposite directions with respect to a direction perpendicular to the substrate (referred to as a vertical direction) at two symmetrical positions on one end and the other end of the magnetic converging plate. Therefore, Hall elements are arranged at two symmetrical positions.
  • a direction perpendicular to the substrate referred to as a vertical direction
  • Hall elements are arranged at two symmetrical positions.
  • the vertical direction of the longitudinal magnetic field derived from the different magnetic fields at the two symmetrical positions is the same.
  • such a magnetic sensor has been used to detect a magnetic field that gradually changes with time, such as detection of geomagnetism and a magnetic field generated by rotation of a rotating body.
  • a magnetic field that gradually changes with time
  • it has come to be used for detecting a magnetic field generated by a current flowing through a conductor.
  • the applied magnetic field changes at high speed. Therefore, high-speed response of the magnetic sensor has been required.
  • the Hall element is arranged near the end of the magnetic flux concentrating plate. Therefore, if the wiring connected to the Hall element to extract the Hall electromotive force forms a closed loop with respect to the magnetic field, An induced electromotive force is generated, and the response characteristics of the magnetic sensor are deteriorated. Further, in in-vehicle applications, an induced electromotive force is generated by a disturbance magnetic field, and the response characteristics of the magnetic sensor are deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide a magnetic sensor that suppresses the influence of the induced electromotive force generated in the wiring connected to the Hall element.
  • the magnetic sensor may include a magnetic convergence plate.
  • the magnetic sensor may include a magnetoelectric conversion element disposed on one side of the magnetic flux concentrating plate. You may provide at least 2 wiring connected to a magnetoelectric conversion element.
  • the magnetic sensor may include a circuit connected to at least two wirings and receiving a signal from the magnetoelectric conversion element. At least two wirings intersect each other in the direction perpendicular to one surface of the magnetic focusing plate between the magnetoelectric transducer and the circuit, and form a compensation loop between the intersection of the at least two wirings and the circuit. It's okay. At least a part of the region occupied by the compensation loop may be covered with the magnetic converging plate in plan view in a direction perpendicular to one surface of the magnetic converging plate.
  • At least a part of the region occupied by the compensation loop may be arranged on one side of the corner of the magnetic flux concentrating plate.
  • the compensation loop may cancel an induced electromotive force generated in at least two wirings between the magnetoelectric conversion element and the intersection of the at least two wirings.
  • At least a part of the magnetoelectric conversion element may be covered with the magnetic converging plate in a plan view in a direction perpendicular to one surface of the magnetic converging plate.
  • the magnetic sensor may further include another magnetic converging plate that is spaced apart from the magnetic converging plate.
  • the magnetic sensor may further include another magnetoelectric conversion element arranged on one surface side of another magnetic converging plate.
  • the magnetic sensor may further include at least two separate wirings connected to another magnetoelectric conversion element.
  • the circuit may be further connected to two separate wirings to receive a signal from another magnetoelectric conversion element. Two separate wirings are spaced apart in a direction intersecting one surface of another magnetic converging plate between another magnetoelectric conversion element and the circuit, and intersect in a direction parallel to one surface of another magnetic converging plate. Another compensation loop may be formed between another wiring intersection and the circuit.
  • the magnetic converging plate, the magnetoelectric conversion element, and the compensation loop may be arranged symmetrically with respect to a direction parallel to one surface of the magnetic converging plate. (Item 6)
  • the circuit may calculate a difference between output signals of the magnetoelectric conversion element and another magnetoelectric conversion element.
  • the magnetic sensor may include a magnetic convergence plate formed on the substrate.
  • the magnetic sensor may include an impurity diffusion layer formed on the substrate.
  • the magnetic sensor may include first to fourth terminals connected to the impurity diffusion layer.
  • the magnetic sensor may include a first wiring connected to the first terminal.
  • the magnetic sensor may include a third wiring connected to a third terminal arranged to face the first terminal.
  • the magnetic sensor may include a second wiring connected to the second terminal.
  • the magnetic sensor may include a fourth wiring connected to a fourth terminal disposed to face the second terminal.
  • the first and third wirings intersect with each other in a direction perpendicular to the substrate, and form a first wiring loop after the intersection, and at least a part of the region occupied by the first wiring loop is perpendicular to the substrate.
  • the magnetic sensor may further include a switch connected to the first to fourth wirings.
  • the first wiring loop may be formed between the intersection of the first and third wirings and the switch.
  • the second wiring loop may be formed between the intersection of the second and fourth wirings and the switch.
  • the impurity diffusion layer may be a magnetoelectric conversion element.
  • the first terminal and the second terminal may face each other, and the third terminal and the fourth terminal may face each other.
  • the first to fourth terminals and the first to fourth wirings may be integrated on the substrate.
  • the second state which is a terminal, may be switched alternately.
  • the magnetic sensor may include a magnetoelectric conversion element.
  • the magnetic sensor may include a circuit connected to the magnetoelectric conversion element.
  • the magnetic sensor may include a wiring pair that connects the magnetoelectric conversion element and the circuit.
  • the wiring pair is a wiring portion that generates an induced electromotive force in a direction opposite to an induced electromotive force generated when a magnetic field is applied to a loop wiring portion including a magnetoelectric conversion element and a part of the wiring connected to the magnetoelectric conversion element.
  • You may have a compensation wiring part.
  • two wirings may intersect three-dimensionally in the route.
  • the loop wiring portion may be located closer to the magnetoelectric conversion element than the three-dimensional intersection.
  • the compensation wiring portion may be located on the circuit side with respect to the solid intersection.
  • a magnetic sensor having a magnetic converging plate it is possible to provide a magnetic sensor capable of suppressing the influence of the induced electromotive force generated in the wiring and capable of high-speed response.
  • FIG. 1 shows a configuration of a cross-shaped symmetric Hall element according to an embodiment.
  • the positional relationship with respect to a pair of Hall element and a pair of magnetic converging plates in the magnetic sensor which concerns on one Embodiment is shown.
  • It is sectional drawing regarding the reference line L4-L4 in FIG. 4A. 6 shows an arrangement of a pair of compensation loop regions that cancels an induced electromotive force in a magnetic sensor according to an embodiment.
  • FIG. 5A It is sectional drawing regarding the reference line L5-L5 in FIG. 5A.
  • region is shown.
  • region is shown.
  • the positional relationship of two pairs of Hall elements, a pair of magnetic converging plates, and two pairs of compensation loop regions in a magnetic sensor according to a third modification is shown.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the signal processing system in the case of performing a spinning current operation
  • the positional relationship of two pairs of Hall elements, a pair of magnetic converging plates, and two pairs of compensation loop regions in a magnetic sensor according to a fourth modification is shown.
  • region is shown.
  • region is shown.
  • the positional relationship of two pairs of Hall elements, a pair of magnetic converging plates, and two pairs of compensation loop regions in a magnetic sensor according to a seventh modification is shown.
  • a magnetic detection device (referred to as a magnetic sensor) according to the present invention will be described with reference to the drawings through embodiments of the invention.
  • the following embodiments do not limit the invention according to the claims.
  • not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
  • parts corresponding to each other are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.
  • a magnetoelectric conversion element having a magnetoelectric conversion function there is mainly a so-called symmetrical Hall element to which the Spinning Current method can be applied.
  • FIG. 1 shows a configuration of a symmetric Hall element having a cross shape.
  • the symmetric Hall element 100 includes a magnetic sensitive part 105 having a cross shape.
  • the magnetic sensing unit 105 Of the four overhanging ends 101, 102, 103, 104 and 104 of the magnetic sensing unit 105, two overhanging ends 101 and 103 located on the upper and lower sides of the drawing through the center are respectively connected to the Hall element power supply terminal A and Hall electromotive force output terminals B and D are respectively provided at the two overhanging ends 102 and 104 located at the right and left sides of the drawing C through the center.
  • the symmetrical Hall element is a Hall element having the same geometric shape even if the arrangement of the pair of Hall element power supply terminals and the pair of Hall electromotive voltage output terminals is interchanged. It is a Hall element that is four times rotationally symmetric with respect to an axis perpendicular to the paper surface passing through the center (not shown). Therefore, the symmetrical Hall element 100 can also be used with the power supply terminal as an output terminal and the output terminal as a power supply terminal. Therefore, in this specification, Hall element power supply terminals A and C are also referred to as power supply terminals or terminals A and C, and Hall electromotive voltage output terminals B and D are also referred to as output terminals or terminals B and D.
  • FIG. 2A and 2B show the positional relationship between the pair of Hall elements and the pair of magnetic converging plates in the magnetic sensor 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2A shows the positional relationship in a top view
  • FIG. 2B shows the positional relationship in a cross section with respect to the reference line L2-L2 in FIG. 2A.
  • the magnetic sensor 10 includes a substrate 205, a pair of magnetic converging plates 200, and a pair of Hall elements 201 and 202.
  • the substrate 205 is a silicon substrate as an example, and a wiring layer 204 and a protective film 203 are provided on the upper surface thereof.
  • the wiring layer 204 is an insulating layer provided with wirings connected to the terminals of the pair of Hall elements 201 and 202.
  • the protective film 203 is a thin film that covers and protects the wiring layer 204.
  • the pair of magnetic flux concentrating plates 200 has an isosceles trapezoidal shape, and are arranged on one side and the other side of the protective layer 203 in the left-right direction of the drawing with their upper sides facing each other.
  • the pair of Hall elements 201 and 202 are formed by forming an impurity diffusion layer on the substrate 205, exposing the surface flush with the upper surface, and covering the surface with the wiring layer 204.
  • the power supply terminals A and C and the output terminals B and D are provided symmetrically.
  • the pair of Hall elements 201 and 202 are respectively disposed at the ends of the pair of magnetic focusing plates 200, that is, directly below the upper side of the isosceles trapezoid. As a result, the half of the Hall element 201 including the terminals C and D is covered with one magnetic focusing plate 200, and the half of the Hall element 202 including the terminals C and D is covered with the other magnetic focusing plate 200.
  • the transverse magnetic field in the direction parallel to the substrate is such that the magnetic flux is from the bottom of the pair of magnetic converging plates 200. It enters into it, is narrowed down by a tapered shape of an isosceles trapezoid, and increases the magnetic flux density and exits from the upper side of the magnetic convergence plate 200, so that it is converted into a high-strength longitudinal magnetic field, and by the Hall elements 201 and 202 just below the upper side Each is detected.
  • FIG. 3 shows a configuration of a signal processing system in the magnetic sensor 10 according to the present embodiment.
  • the signal processing system includes a hall element driving circuit 305, a signal processing circuit 303, and an amplifier or comparator 304.
  • the hall element drive circuit 305 is connected to the power supply terminals A and C of the hall elements 201 and 202 via wiring, and transmits signals for driving the hall elements to each of them.
  • the signal processing circuit 303 is connected to the output terminals B and D of the Hall elements 201 and 202 via wiring, receives Hall electromotive force (output signal including this) output from each, and performs addition, subtraction, etc. Calculate and output the result.
  • the amplifier or comparator 304 is connected to the signal processing circuit 303, compares the operation result input from this with the amplification or reference, and outputs the result as a magnetic sensor output. Note that an arbitrary filter may be provided in the amplifier or comparator 304 to add band limitation.
  • 4A and 4B show the principle that an induced electromotive force is generated by wiring connected to the hall elements 201 and 202 in the conventional configuration of the magnetic sensor.
  • 4A is included in the signal processing system shown in FIG. 3 together with the pair of Hall elements 201 and 202 and the pair of magnetic converging plates 200 in the magnetic sensor 10 according to the embodiment shown in FIG. 2A in a top view.
  • a Hall element driving circuit 305 and a signal processing circuit 303 are shown together.
  • FIG. 4B particularly shows the wiring arrangement in the cross-section regarding the reference line L4-L4 in FIG. 4A.
  • the Hall element drive circuit 305 is connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 201 by wirings N401 and N403, respectively, and to the power supply terminals A and C of the Hall element 202 by wirings N405 and N407, respectively.
  • the signal processing circuit 303 is connected to the output terminals B and D of the Hall element 201 by wirings N402 and N404, and to the output terminals B and D of the Hall element 202 by wirings N406 and N408, respectively.
  • a closed loop region S401 is formed between the signal processing circuit 303 and the Hall element 201 by the wirings N402 and N404.
  • the closed loop region S402 is formed between the signal processing circuit 303 and the Hall element 202 by the wirings N406 and N408.
  • These closed loops S401 and S402, together with the Hall elements 201 and 202, are located in the vicinity of the end of the magnetic flux concentrating plate 200 having a high magnetic flux density.
  • a transient transverse magnetic field is applied from the left to the right in the drawing, a magnetic field enters the Hall element 201 in a direction from the front to the back of the page, so that the Hall element 201 is set so as to cancel this magnetic field.
  • a counterclockwise induced electromotive force is generated in the closed loop region S401 including the counterclockwise region.
  • a clockwise induced electromotive force is generated in the closed loop region S402 including the Hall element 202 so as to cancel the magnetic field.
  • the magnetic sensor output V0 is derived.
  • the signal processing circuit 303 calculates the difference between the output signals V1 and V2 of the pair of Hall elements 201 and 202, respectively.
  • the induced electromotive force (Vind1 + Vind2) is generated so as to cancel the Hall electromotive force (Vh1 + Vh2), thereby delaying the response of the magnetic sensor. Become.
  • Equation (3) it can be seen that only the transverse magnetic field can be detected even when the longitudinal magnetic field is superimposed on the transverse magnetic field.
  • the second on the right side of Equation (2) Since the longitudinal magnetic field component represented by the third and fourth terms does not become zero, the response characteristic of the magnetic sensor is further deteriorated.
  • FIG. 5A and 5B show the arrangement of a pair of compensation loop regions S501 and S502 that cancel out the induced electromotive force in the magnetic sensor 10 according to the present embodiment, in particular, a pair of Hall elements 201 and 202 and a pair of magnetic focusing plates 200. Indicates the positional relationship.
  • FIG. 5A is included in the signal processing system shown in FIG. 3 together with the pair of Hall elements 201 and 202 and the pair of magnetic focusing plates 200 in the magnetic sensor 10 according to the embodiment shown in FIG.
  • a Hall element driving circuit 305 and a signal processing circuit 303 are shown together.
  • FIG. 5B particularly shows the arrangement of the compensation loop region S501 in the cross section regarding the reference line L5-L5 in FIG. 5A.
  • a compensation loop region S501 that compensates for the induced electromotive force generated in the closed loop region S401 is formed in the wirings N402 and N404 connected to the output terminals B and D of the Hall element 201, respectively.
  • the wirings N402 and N404 are separated from each other in the depth direction of the substrate 205 between the Hall element 201 and the signal processing circuit 303 and intersect once in a direction parallel to the substrate 205.
  • the compensation loop region S501 is formed in the vicinity of the corner portion of the magnetic flux concentrating plate 200 so as to include the corner portion on the inner side in a top view.
  • the wirings N402 and N404 have an intersection when viewed from above, and the wirings N402 and N404 are separated from each other in the depth direction at the intersection when viewed in cross section. That is, the wirings N402 and N404 have a twist position relationship.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S501 is covered with the magnetic flux concentrating plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate 205.
  • a compensation loop region S502 that compensates for the induced electromotive force generated in the closed loop region S402 is formed in the wirings N406 and N408 connected to the output terminals B and D of the Hall element 202 in the wiring layer 204, respectively.
  • the wirings N406 and N408 are spaced apart from each other in the depth direction of the substrate 205 between the Hall element 202 and the signal processing circuit 303 and intersect once in a direction parallel to the substrate 205.
  • the compensation loop region S502 is formed in the vicinity of the corner portion of the magnetic flux concentrating plate 200 so as to include the corner portion inside as viewed from above.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S502 is covered with the magnetic flux concentrating plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate 205.
  • a transient transverse magnetic field is applied from the left to the right of the drawing.
  • the transverse magnetic field is converted into a longitudinal magnetic field by the magnetic converging plate 200 on the left side of the drawing, and enters the hall element 201, that is, the closed loop region S401 and the compensation loop region S501 from the front to the back of the drawing.
  • the hall element 201 that is, the closed loop region S401 and the compensation loop region S501 from the front to the back of the drawing.
  • counterclockwise induced electromotive force is generated in both the closed loop region S401 and the compensation loop region S501 so as to cancel the magnetic field.
  • the wirings N402 and N404 that form the closed loop region S401 and the compensation loop region S501 intersect once between the closed loop region S401 and the compensation loop region S501. Therefore, the induced electromotive force generated in the compensation loop region S501 has a different direction from the induced electromotive force generated in the closed loop region S401, and cancels out this.
  • the transverse magnetic field is converted into a longitudinal magnetic field by the magnetic focusing plate 200 on the right side of the drawing, and enters the Hall element 202, that is, the closed loop region S402 and the compensation loop region S502 from the back to the front of the drawing.
  • clockwise induced electromotive force is generated in both the closed loop region S402 and the compensation loop region S502 so as to cancel the magnetic field.
  • the wirings N406 and N408 forming the closed loop region S402 and the compensation loop region S502 intersect once between the closed loop region S402 and the compensation loop region S502. Therefore, the induced electromotive force generated in the compensation loop region S502 has a different direction from the induced electromotive force generated in the closed loop region S402, and cancels this.
  • the compensation loop regions S501 and S502 are desirably arranged in the same direction as the closed loop regions S401 and S402 to be compensated for the induced electromotive force.
  • the compensation loop regions S501 and S502 are desirably arranged in the vicinity of the corners of the magnetic flux concentrating plate 200.
  • a magnetic field stronger than the magnetic field entering the closed loop regions S401 and S402 enters the compensation loop regions S501 and S502
  • the induced electromotive force generated in the closed loop regions S401 and S402 can be offset by a small loop.
  • the intersection of the wirings may be zero or twice.
  • the magnetic sensor output V0 when the induced electromotive force generated in the closed loop regions S401 and S402 is compensated by the compensation loop regions S501 and S502 is derived.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop regions S401 and S402 is offset by the induced electromotive force generated in the compensation loop regions S501 and S502, and the response characteristic of the magnetic sensor 10 is compensated. be able to.
  • VO (Vh1 + Vh2)-(Vind1-Vind1c)-(Vind2-Vind2c) + (Vh1v-Vh2v)-(Vind1v-Vind1vc)-(Vind2v-Vind2vc)... (5)
  • the pair of magnetic convergences 200 are geometrically symmetrically arranged, the pair of Hall elements 201 and 202 and the peripheral wiring are also symmetrically arranged, and the closed loop regions S401 and S402 are formed by the compensation loop regions S501 and S502.
  • Vind1 Vind1c
  • Vind2 Vind2c
  • Vind1v Vind1vc
  • Vind2v Vind2vc
  • VO 2Vh (6)
  • the wirings N402 and N404 are replaced or three-dimensionally crossed, and at the same time, for example, at least one of the wirings N402 and N404, an induced electromotive force in the opposite direction to the induced electromotive force generated in the closed loop region S402 when a magnetic field is applied.
  • a compensation wiring part such as a winding for generating electric power may be provided.
  • FIG. 6 shows the positional relationship between the pair of Hall elements 201 and 202, the pair of magnetic focusing plates 200, and the pair of compensation loop regions S501 and S502 in the magnetic sensor 11 according to the modification. 6 is included in the signal processing system shown in FIG. 3 together with the pair of Hall elements 201 and 202 and the pair of magnetic converging plates 200 in the magnetic sensor 10 according to the embodiment shown in FIG. A Hall element driving circuit 305 and a signal processing circuit 303 are shown together.
  • the entire Hall elements 201 and 202 are disposed directly below the magnetic flux concentrating plate 200. The rest is the same as the magnetic sensor 10 described above.
  • the arrangement of the compensation loop regions S501 and S502 is preferably such that the direction of the magnetic field entering them is the same as the direction of the magnetic field entering the closed loop regions S401 and S402 to be compensated for the induced electromotive force.
  • the Hall elements 201 and 202 are separated from the extreme vicinity of the end of the magnetic convergence plate 200 where a large thermal stress is generated, but the magnetic field converted into a high-intensity longitudinal magnetic field is generated. It is arranged in the vicinity of the end of the magnetic converging plate 200 that can enter.
  • FIG. 7 shows the positional relationship between the pair of Hall elements 201 and 202, the pair of magnetic focusing plates 200, and the pair of compensation loop regions S501 and S502 in the magnetic sensor 12 according to the second modification. 7 is included in the signal processing system shown in FIG. 3 together with the pair of Hall elements 201 and 202 and the pair of magnetic converging plates 200 in the magnetic sensor 10 according to the embodiment shown in FIG. A Hall element driving circuit 305 and a signal processing circuit 303 are shown together.
  • the entire Hall elements 201 and 202 are disposed between the pair of magnetic converging plates 200 in a top view, avoiding directly below the magnetic converging plate 200. Others are the same as those of the magnetic sensor 11 according to the first modification.
  • the arrangement of the compensation loop regions S501 and S502 is preferably such that the direction of the magnetic field entering them is the same as the direction of the magnetic field entering the closed loop regions S401 and S402 to be compensated for the induced electromotive force.
  • FIG. 8 shows two pairs of Hall elements 801, 802, 803 and 804, a pair of magnetic focusing plates 200, and two pairs of compensation loop regions S811, S812, S813 and S814 in the magnetic sensor 13 according to the third modification. Indicates the positional relationship.
  • the magnetic sensor 13 includes a substrate (not shown), a pair of magnetic converging plates 200, two pairs of Hall elements 801, 802, 803 and 804, and two signal processing circuits and Hall element drive circuits 805 and 806.
  • the substrate (not shown) is, for example, a silicon substrate, and is configured in the same manner as the substrate 205 described above.
  • the pair of magnetic flux concentrating plates 200 have an isosceles trapezoidal shape, and are arranged on one side and the other side in the horizontal direction of the drawing on the substrate (the protective layer included) with their upper sides facing each other.
  • the two pairs of Hall elements 801, 802, 803 and 804 are formed on the substrate, but the surface is covered with a wiring layer.
  • the power supply terminals A and C and the output terminals B and D are provided as targets.
  • the Hall elements 801 and 803 are arranged at the end of the magnetic flux concentrating plate 200 on the left side of the drawing, that is, at the upper side and the lower side in the vicinity of the upper side of the isosceles trapezoid.
  • the Hall elements 802 and 804 are disposed at the end of the magnetic flux concentrating plate 200 on the right side of the drawing, that is, on the upper side and the lower side in the vicinity of the upper side of the isosceles trapezoid. Thereby, the half part including the terminals C and D of the Hall elements 801 and 803 is covered with the magnetic convergence plate 200 on the left side of the drawing, and the half part including the terminals C and D of the Hall elements 802 and 804 is covered with the magnetic convergence plate on the right side of the drawing. Covered with 200.
  • the transverse magnetic field in a direction parallel to the substrate has a magnetic flux of a pair of magnetic converging It enters into it from the bottom of the plate 200, is narrowed down by the tapered shape of an isosceles trapezoid, increases the magnetic flux density and exits from the top of the magnetic convergence plate 200, and is converted into a high-intensity longitudinal magnetic field. Detected by elements 801, 802, 803 and 804, respectively.
  • Two signal processing circuits and hall element drive circuits 805 and 806 are connected to the power terminals A and C of the hall elements 801, 802, 803, and 804 via wires, and transmit signals for driving the hall elements to each of them.
  • connected to the output terminals B and D of the Hall elements 801, 802, 803 and 804 via wiring receives the Hall electromotive force (output signal including this) output from each, and adds, subtracts, etc. Calculate and output the result.
  • the two signal processing circuits and the Hall element drive circuit 805 are connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 801 by wirings N801 and N803, respectively, and to the output terminals B and D of the Hall element 801 by wirings N802 and N804, respectively.
  • the wirings N805 and N807 are connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 802, respectively, and the wirings N806 and N808 are connected to the output terminals B and D of the Hall element 802, respectively.
  • the two signal processing circuits and the hall element driving circuit 806 are wired to the power terminals A and C of the hall element 803 by wirings N809 and N811, respectively, and to the output terminals B and D of the hall element 803 by wirings N810 and N812, respectively.
  • N813 and N815 are connected to power terminals A and C of the Hall element 804, respectively, and wirings N814 and N816 are connected to output terminals B and D of the Hall element 804, respectively.
  • the wirings N802 and N804 include the Hall element 801 (802), and form a closed loop region S801 (S802) between the Hall element 801 (802) and the signal processing circuit and the Hall element drive circuit 805, and the Hall element 801 ( 802) and the signal processing circuit and hall element driving circuit 805 are separated from each other in the depth direction of the substrate and intersect once in a direction parallel to the substrate.
  • the compensation loop region S811 (S812) is formed in the vicinity of the corner portion of the magnetic flux concentrating plate 200 so as to include the corner portion on the inner side in a top view.
  • the wirings N810 and N812 include the Hall element 803 (804) and form a closed loop region S803 (S804) between the Hall element 803 (804) and the signal processing circuit and the Hall element drive circuit 806.
  • the element 803 (804) and the signal processing circuit and hall element driving circuit 806 are separated from each other in the depth direction of the substrate and intersect once in a direction parallel to the substrate.
  • a compensation loop region S813 (S814) is formed between the circuit 806 and the corner portion of the magnetic flux converging plate 200 so as to include the corner portion on the inner side in a top view.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S813 (S814) is covered with the magnetic convergence plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate.
  • FIG. 9 shows a configuration of a signal processing system when the Hall element is operated in a spinning current operation in the magnetic sensor 13 according to the third modification.
  • the signal processing system includes a Hall element group 901, a switch circuit 902, a chopper clock generation circuit 904, a Hall element drive circuit 305, a signal processing circuit 303, and an amplifier or comparator 304.
  • the Hall element driving circuit 305, the signal processing circuit 303, and the amplifier or comparator 304 are configured and function in the same manner as those described above.
  • Hall element group 901 includes Hall elements 801, 802, 803 and 804.
  • the Hall elements 801, 802, 803, and 804 are connected to the switch circuit 902 by four wirings N801-N804, N805-N808, N809-N812, and N813-N816.
  • the chopper clock generation circuit 904 generates a chopper clock and inputs it to the switch circuit 902, the hall element drive circuit 305, and the signal processing circuit 303.
  • the switch circuit 902 operates by the chopper clock input from the chopper clock generation circuit 904 to switch and connect the power supply terminals A and C of the Hall elements 801, 802, 803, and 804 to the Hall element drive circuit 305, and an output terminal A so-called spinning current operation is performed by switching and connecting B and D to the signal processing circuit 303.
  • Spinning current operation is a suitable method for extracting only the Hall electromotive force signal by removing the element-specific offset component included in the output signal output from the Hall element.
  • the direction of the current supplied to each of the Hall elements 801, 802, 803 and 804 is reversed by the switch circuit 902, and the output signal is detected.
  • the polarity of the Hall electromotive force signal with respect to the offset component is inverted in the output signal. Therefore, by calculating the difference between the output signals before and after the direction of the current is reversed, only the Hall electromotive force signal can be extracted.
  • FIG. 10 shows two pairs of Hall elements 801, 802, 803 and 804, a pair of magnetic focusing plates 200, and two pairs of compensation loop regions S1011, S1012, S1013 and S1014 in the magnetic sensor 14 according to the fourth modification. Indicates the positional relationship.
  • the magnetic sensor 14 includes a substrate (not shown), a pair of magnetic converging plates 200, two pairs of Hall elements 801, 802, ⁇ ⁇ 803 and 804, and the signal processing system of FIG. 9, thereby enabling a spinning current operation.
  • FIG. 10 shows only the switch circuit 902 included in the signal processing system of FIG. In the spinning current operation, the power supply terminals A and C of each Hall element also function as output terminals.
  • the magnetic sensor 14 is further provided with the wirings N801, N803, N803, N801, N803, Compensation loop regions S1011, S1012, S1013, and S1014 are formed in N805, N807, N809, N811, N813, and N815, respectively.
  • the signal processing circuit 303 is connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 801 by the wirings N801 and N803 via the switch circuit 902 (to the power supply terminals B and D of the Hall element 801 by the wirings N802 and N804, respectively).
  • the wirings N805 and N807 are connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 802, respectively (the wirings N806 and N808 are connected to the power supply terminals B and D of the Hall element 802, respectively).
  • the signal processing circuit 303 is connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 803 by the wirings N809 and N811 via the switch circuit 902 (to the power supply terminals B and D of the Hall element 803 by the wirings N810 and N812, respectively)
  • the wirings N813 and N815 are connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 804, respectively (the wirings N814 and N816 are connected to the power supply terminals B and D of the Hall element 804, respectively).
  • the wirings N801 and N803 include the Hall element 801 (802), and form a closed loop region S1001 (S1002) between the Hall element 801 (802) and the switch circuit 902 (ie, the signal processing circuit 303).
  • 801 (802) and the switch circuit 902 are spaced apart from each other in the depth direction of the substrate and intersect once in a direction parallel to the substrate.
  • a compensation loop region S1011 (S1012) is formed in the vicinity of the corner portion so as to include the corner portion on the inner side in a top view.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S1011 (S1012) is covered with the magnetic convergence plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate.
  • the compensation loop region S1011 overlaps the compensation loop region S811 (S812) in plan view in the depth direction of the substrate.
  • the wirings N809 and N811 include the hall element 803 (804) and form a closed loop region S1003 (S1004) between the wiring element N809 and N811 (N813 and N815) and the switch circuit 902 (ie, the signal processing circuit 303).
  • the Hall element 803 (804) and the switch circuit 902 are spaced apart from each other in the depth direction of the substrate and intersect once in a direction parallel to the substrate.
  • a compensation loop region S1013 is formed in the vicinity of the corner portion of the plate 200 so as to include the corner portion on the inner side in a top view.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S1013 (S1014) is covered with the magnetic convergence plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate.
  • the compensation loop region S1013 (S1014) overlaps the compensation loop region S813 (S814) in plan view in the depth direction of the substrate.
  • the compensation loop region for the spinning current operation is illustrated, but the present invention can be similarly applied to other embodiments and modifications.
  • this modified example since the inductance component can be canceled, the power supply voltage when switching between the power supply terminals A and C and the output terminals B and D can be stabilized quickly, and thus the output voltage can be stabilized quickly. it can. Furthermore, this modification can cancel the inductance component formed by the wiring of the power supply terminals A and C, and can reduce the common-mode noise of the sensor output.
  • FIG. 11 shows the positional relationship between the pair of Hall elements 201 and 202, the pair of magnetic focusing plates 1100, and the pair of compensation loop regions S501 and S502 in the magnetic sensor 15 according to the fifth modification.
  • the magnetic sensor 15 is obtained by changing the shape of the pair of magnetic converging plates 1100 to a square shape with respect to the magnetic sensor 10 according to the embodiment shown in FIG. 5A.
  • the arrangement of the compensation loop regions S501 and S502 is preferably such that the direction of the magnetic field entering them is the same as the direction of the magnetic field entering the closed loop regions S401 and S402 to be compensated for the induced electromotive force.
  • the shape of the magnetic flux concentrating plate 200 is a square shape, but may be an arbitrary shape such as a rectangle, an octagon, or a circle.
  • FIG. 12 shows the positional relationship between a pair of Hall elements 201 and 202, one magnetic converging plate 1200, and a pair of compensation loop regions S501 and S502 in the magnetic sensor 16 according to the sixth modification.
  • the magnetic sensor 16 uses one magnetic converging plate 1200 instead of the pair of magnetic converging plates 200 with respect to the magnetic sensor 15 according to the fifth modification shown in FIG.
  • Hall elements 201 and 202 are disposed near the other end (the left end of the drawing) and the other end (the right end of the drawing), respectively, and one corner (upper left corner of the drawing) and another corner (upper right corner of the drawing).
  • Compensation loop regions S501 and S502 are respectively arranged in the vicinity of the corners).
  • the magnetic sensor 16 can detect a circular magnetic field or an elliptical magnetic field.
  • the Hall elements 201 and 202 With respect to the magnetic convergence plate 1200, for example, a magnetic field enters the Hall element 201 from the back to the front of the paper, and a magnetic field enters the Hall element 202 from the front to the back of the paper.
  • the induced electromotive force is generated clockwise in the closed loop region S401 formed by the wirings N402 and N404 including the Hall element 201, and the induced electromotive force is also generated clockwise in the compensation loop region S501.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S401 can be compensated by the loop region S501.
  • an induced electromotive force is generated counterclockwise in the closed loop region S402 formed by the wirings N406 and N408 including the Hall element 202, and an induced electromotive force is also generated counterclockwise in the compensation loop region S502.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S402 can be compensated by the compensation loop region S502.
  • FIG. 13 shows two pairs of Hall elements 1301, 1302, 1303 and 1304, a pair of magnetic focusing plates 1300, and two pairs of compensation loop regions S1311, S1312, S1313 and S1314 in the magnetic sensor 17 according to the seventh modification. Indicates the positional relationship.
  • the magnetic sensor 17 includes a substrate (not shown), a pair of magnetic converging plates 1300, two pairs of Hall elements 1301, 1302, 1303 and 1304, a Hall element drive circuit 305, and a signal processing circuit 303.
  • the magnetic sensor 17 uses a pair of rectangular magnetic converging plates 1300 instead of the pair of magnetic converging plates 200 in contrast to the magnetic sensor 13 according to the third modification shown in FIG.
  • the Hall elements 1301 and 1302 are disposed near one end (the left end in the drawing) and the other end (the right end in the drawing) of each of the pair of magnetic focusing plates 1300.
  • 1303 and 1304 are arranged in the vicinity of one corner (upper left corner of the drawing) and another corner (upper right corner of the drawing) of the pair of magnetic focusing plates 1300 and compensation loop regions S1311, S1312, S1313, S1314 It is a thing.
  • the magnetic sensor 17 includes two pairs of Hall elements, one magnetic focusing plate, and two pairs of compensation loop regions in the magnetic sensor 16 according to the sixth modification shown in FIG. Equivalent to.
  • the magnetic sensor 17 can detect a circular magnetic field or an elliptical magnetic field.
  • the pair of magnetic converging plates 1300 have a square shape, and are arranged on one side and the other side in the horizontal direction of the drawing on the substrate (a protective layer included in the substrate) with each side facing each other.
  • Hall elements 1301, 1302, ⁇ ⁇ 1303 and 1304 are formed on the substrate, but with the surface covered with a wiring layer.
  • the power supply terminals A and C and the output terminals B and D are provided as targets.
  • Hall elements 1301 and 1302 are arranged at the left end and the right end of the magnetic flux concentrating plate 1300 on the left side of the drawing, respectively.
  • Hall elements 1303 and 1304 are arranged at the left end and the right end of the magnetic flux converging plate 1300 on the right side of the drawing, respectively.
  • the half part including the terminals A and B of the Hall elements 1301 and 1302 is covered with the magnetic convergence plate 1300 on the left side of the drawing, and the half part including the terminals A and B of the Hall elements 1303 and 1304 is covered with the magnetic convergence plate on the right side of the drawing. Covered with 1300.
  • the hall element drive circuit 305 is connected to the power terminals A and C of the hall elements 1301, 1302, 1303, and 1304 via wires, and transmits signals for driving the hall elements to each.
  • the Hall element driving circuit 305 is connected to the power terminals A and C of the Hall element 1301 by wirings N1301 and N1303, respectively, and to the power supply terminals A and C of the Hall element 1302 by wirings N1305 and N1307, respectively, and by the wirings N1309 and N1311, respectively.
  • the power supply terminals A and C of the Hall element 1303 are connected to the power supply terminals A and C of the Hall element 1304 by wirings N1313 and N1315, respectively.
  • the signal processing circuit 303 is connected to the output terminals B and D of the Hall elements 1301, 1302, 1303 and 1304 via wiring, receives the Hall electromotive force (including the output signal) output from each, and adds them , Subtract, etc., and output the result.
  • the signal processing circuit 303 is connected to the output terminals B and D of the Hall element 1301 by wirings N1302 and N1304, to the output terminals B and D of the Hall element 1302 by wirings N1306 and N1308, respectively, and by the wirings N1310 and N1312, respectively.
  • the output terminals B and D of the element 1303 are connected to the output terminals B and D of the Hall element 1304 by wirings N1314 and N1316, respectively.
  • the wirings N1302 and N1304 include the Hall element 1301 (1302) and form a closed loop region S1301 (S1302) between the Hall element 1301 (1302) and the signal processing circuit 303.
  • the circuit 303 is separated from the circuit 303 in the depth direction of the substrate and intersects once in the direction parallel to the substrate, and between this intersection and the signal processing circuit 303, in particular, the left corner of the magnetic convergence plate 1300 on the left side of the drawing.
  • a compensation loop region S1311 (S1312) is formed in the vicinity of the portion (right corner portion) so as to include the inside in a top view.
  • the wirings N1310 and N1312 include the Hall element 1303 (1304) and form a closed loop region S1303 (S1304) between the Hall element 1303 (1304) and the signal processing circuit 303, and the Hall element 1303 (1304)
  • the signal processing circuit 303 are spaced apart from each other in the depth direction of the substrate and intersect once in a direction parallel to the substrate, and between this intersection and the signal processing circuit 303, particularly the magnetic convergence plate 1300 on the right side of the drawing.
  • Compensation loop region S1313 (S1314) is formed in the vicinity of the left corner (right corner) of this by including it inside as viewed from above.
  • at least a part of the region occupied by the compensation loop region S1313 (S1314) is covered with the magnetic convergence plate 200 in plan view in the depth direction of the substrate.
  • the Hall element 1301 is directed from the back to the front of the page.
  • a magnetic field enters, and a magnetic field enters the Hall element 1302 near the right end of the magnetic focusing plate 1300 on the left side of the drawing from the front to the back of the drawing, and a Hall element 1303 displays on the drawing of the Hall element 1303 near the left end of the magnetic focusing plate 1300 on the right side of the drawing.
  • a magnetic field enters from the back to the front, and a magnetic field enters the Hall element 1304 from the front to the back of the drawing in the vicinity of the right end of the magnetic convergence plate 1300 on the right side of the drawing.
  • the induced electromotive force is generated clockwise in the closed loop region S1301 formed by the wirings N1302 and N1304 including the Hall element 1301, and the induced electromotive force is also generated clockwise in the compensation loop region S1311.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S1301 can be compensated by the region S1311.
  • the induced electromotive force is generated counterclockwise in the closed loop region S1302 formed by including the Hall element 1302 by the wirings N1306 and N1308, and the induced electromotive force is also generated counterclockwise in the compensation loop region S1312.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S1302 can be compensated for by the loop region S1312.
  • an induced electromotive force is generated in the clockwise direction in the closed loop region S1303 formed by including the Hall element 1303 by the wirings N1310 and N1312, and the induced electromotive force is also generated in the compensation loop region S1313 in the clockwise direction.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S1303 can be compensated by the region S1313.
  • the induced electromotive force is generated counterclockwise in the closed loop region S1304 formed by including the Hall element 1304 by the wirings N1314 and N1316, and the induced electromotive force is also generated counterclockwise in the compensation loop region S1314.
  • the induced electromotive force generated in the closed loop region S1304 can be compensated by the loop region S1314.
  • Magnetic sensor 100, 201, 202, 801, 802, 803, 804, 1301, 1302, 1303, 1304... Symmetric Hall element, 101, 102, 103, 104 ... Hall element terminal, 105 ... Magnetosensitive part, 200, 1100, 1200, 1300 ... Magnetic convergence plate, 203 ... Protective film, 204 ... Wiring layer, 205 ... Substrate, 303 ... Signal processing circuit, 304 ... Operational amplifier 305 ...
  • Hall element drive circuit N401, N402, N403, N404, N405, N406, N407, N408, N801, N802, N803, N804, N805, N806, N807, N808, N809, N810, N811, N811, N813, N814, N815, N816, N1301, N1302, N1303, N1304, N1305, N1306, N1307, N1308, N1309, N1310, N1311, N1312, N1313, N1314, N1315, N1316 ... Wiring, 805, 806 ... Drive circuit, 901 ... Hall element group, 902 ... Switch circuit, 904 ...
  • Chopper clock generation circuit S401, S402, S801, S802, S803, S804, S1001, S1002, S1003, S1004, S1301, S1302, S1303, S1304 ... Closed loop Territory , S501, S502, S811, S812, S813, S814, S1011, S1012, S1013, S1014, S1311, S1312, S1313, S1314 ... compensation loop area.

Landscapes

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Abstract

磁気センサは、磁気収束板200、磁気収束板の一面側に配されるホール素子201, 202、ホール素子201, 202に接続する配線N402, N404, N406, N408、及びこれらの配線に接続して、ホール素子からの信号を受信する信号処理回路303を備え、２つの配線N402, N404（N406, N408）は、ホール素子201（202）と信号処理回路との間で基板の深さ方向に互いに離間して交差し、２つの配線の交差と回路との間で補償ループS501(S502)を形成し、補償ループが占める領域の少なくとも一部は深さ方向の平面視で磁気収束板に覆われる。補償ループにより、配線によりホール素子を含んで形成される閉ループS401, S402に生じる誘導起電力が補償される。

Description

磁気センサ
　本発明は、磁気センサに関する。
　Ｎｉ－Ｆｅ合金などの強磁性体からなる薄膜状の板（磁気収束板と称する）と一対のホール素子とを組み合わせて、これらを支持する基板に平行な磁界（横磁場と称する）を検出する磁気センサが知られている（例えば、特許文献１から３）。この磁気センサは、磁気収束板により横磁場の磁力線を引き込むことで、横磁場を基板に垂直な磁界（縦磁場と称する）に変換する機能を利用する。なお、磁気収束板による磁力線の引き込みは端部近傍で特に強いことから、ホール素子は磁気収束板の端部近傍に配置される。
　磁気収束板により横磁場から変換される縦磁場は、磁気収束板の一端及び他端の対称な２つの位置において、基板に垂直な方向（垂直方向と称する）に関して反対の向きを有する。そこで、対称な２つの位置にそれぞれホール素子を配置する。ここで、横磁場に加えてさらに背景磁場などの別の磁場が印加されると、対称な２つの位置における別の磁場に由来する縦磁場の垂直方向に関する向きは同じであるから、２つのホール素子の出力電圧の差分を算出することにより、別の磁場に起因する出力電圧が相殺されることで、横磁場のみを検出することができる。逆に、２つのホール素子の出力電圧の和を算出することにより、横磁場に起因する出力電圧が相殺されることで、別の磁場の縦磁場のみを検出することができる。
　従来、このような磁気センサは、地磁気の検出、回転体が回転することにより生じる磁場等、時間変化の緩やかな磁場を検出するのに利用されていた。しかし、近年、導体に流れる電流により生じる磁場を検出するのに利用されるようになった。例えば、モータ、インバータ等のベクトル制御、過電流検出等においては、印加される磁場が高速で変化する。そのため、磁気センサの高速応答が要求されるようになった。
　特に車載用途においては、磁力線を集める集磁コアと縦磁場検出用のホール素子とを用いる磁気センサに代えて磁気収束板を用いてコアレス化された磁気センサを使用すると、外乱磁場（すなわち、縦磁場）の影響を受けやすくなる。ここで、縦磁場が磁気収束板及びホール素子周辺において一様でない場合、２つのホール素子の出力電圧の差分において縦磁場に起因する出力電圧は完全に相殺されず、その残留分により縦磁場もある程度、検出される可能性がある。
　特許文献１　特開２０１２－４７７０８公報
　特許文献２　特開２０１３－２２８２２２公報
　特許文献３　米国特許第５９４２８９５号公報
解決しようとする課題
　しかし、従来の構成では、ホール素子が磁気収束板の端部近傍に配置されるため、ホール素子に接続してホール起電力を取り出す配線が磁場に対して閉ループをなしていると、その配線に誘導起電力が発生し、磁気センサの応答特性が劣化してしまう。また、車載用途においては、外乱磁場により誘導起電力が発生し、磁気センサの応答特性が劣化してしまう。
　そこで、本発明では、ホール素子に接続する配線に生じる誘導起電力の影響を抑制する磁気センサを提供することを目的とする。
一般的開示
（項目１）
　磁気センサは、磁気収束板を備えてよい。
　磁気センサは、磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子を備えてよい。
　磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線を備えてよい。
　磁気センサは、少なくとも２つの配線に接続して、磁電変換素子からの信号を受信する回路を備えてよい。
　少なくとも２つの配線は、磁電変換素子と回路との間において、磁気収束板の一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、少なくとも２つの配線の交差と回路との間で補償ループを形成してよい。
　補償ループが占める領域の少なくとも一部は、磁気収束板の一面と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目２）
　補償ループが占める領域の少なくとも一部は、磁気収束板の角部の一面側に配されてよい。
（項目３）
　補償ループは、磁電変換素子と少なくとも２つの配線の交差との間で少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺してよい。
（項目４）
　磁電変換素子の少なくとも一部は、磁気収束板の一面と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目５）
　磁気センサは、磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板をさらに備えてよい。
　磁気センサは、別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子をさらに備えてよい。
　磁気センサは、別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線をさらに備えてよい。
　回路は、さらに、２つの別の配線に接続して、別の磁電変換素子からの信号を受信してよい。
　２つの別の配線は、別の磁電変換素子と回路との間で別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、２つの別の配線の交差と回路との間で別の補償ループを形成してよい。
　磁気収束板、磁電変換素子、及び補償ループと別の磁気収束部、別の磁電変換素子、及び別の補償ループとは磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置されてよい。
（項目６）
　回路は、磁電変換素子及び別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出してよい。
（項目７）
　磁気センサは、基板上に形成される磁気収束板を備えてよい。
　磁気センサは、基板に形成される不純物拡散層を備えてよい。
　磁気センサは、不純物拡散層に接続する第１～第４の端子を備えてよい。
　磁気センサは、第１の端子に接続する第１配線を備えてよい。
　磁気センサは、第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線を備えてよい。
　磁気センサは、第２の端子に接続する第２配線を備えてよい。
　磁気センサは、第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線を備えてよい。
　第１及び第３配線は、基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、基板と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目８）
　第２及び第４配線は、基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、基板と垂直な方向の平面視で、磁気収束板に覆われてよい。
（項目９）
　第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なってよい。
（項目１０）
　磁気センサは、第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備えてよい。
　第１配線ループは、第１及び第３配線の交差とスイッチとの間で形成されてよい。
　第２配線ループは、第２及び第４配線の交差とスイッチとの間で形成されてよい。
（項目１１）
　不純物拡散層は、磁電変換素子であってよい。
（項目１２）
　第の１端子及び第２の端子は互いに対向し、第３の端子及び第４の端子は互いに対向してよい。
（項目１３）
　第１～第４の端子と第１～第４配線とは、基板に集積化されていてよい。
（項目１４）
　第１及び第３の端子が電源端子であり第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、第１及び第３の端子が出力端子であり第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わってよい。
（項目１５）
　磁気センサは、磁電変換素子を備えてよい。
　磁気センサは、磁電変換素子に接続される回路を備えてよい。
　磁気センサは、磁電変換素子及び回路を接続する配線ペアを備えてよい。
　配線ペアは、磁電変換素子及び磁電変換素子に接続される一部分の配線を含むループ配線部に磁場が印加されることによって発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する配線部分である補償配線部を有してよい。
（項目１６）
　配線ペアは、経路において２つの配線が立体交差してよい。
　ループ配線部は、立体交差よりも磁電変換素子側に位置してよい。
　補償配線部は、立体交差よりも回路側に位置してよい。
　本発明によれば、磁気収束板を備える磁気センサにおいて、配線に生じる誘導起電力の影響を抑制し、高速応答可能な磁気センサを提供することができる。
一実施形態に係る十字型の対称型ホール素子の構成を示す。 一実施形態に係る磁気センサにおける一対のホール素子及び一対の磁気収束板に対する位置関係を示す。 図２Ａにおける基準線L2-L2に関する断面図である。 一実施形態に係る磁気センサにおける信号処理系の構成を示すブロック図である。 ホール素子に接続する配線により誘導起電力が生じる原理を示す。 図４Ａにおける基準線L4-L4に関する断面図である。 一実施形態に係る磁気センサにおける誘導起電力を相殺する一対の補償ループ領域の配置を示す。 図５Ａにおける基準線L5-L5に関する断面図である。 変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第２の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第３の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第３の変形例に係る磁気センサにおいて、ホール素子をスピニングカレント動作させる場合の信号処理系の構成を示すブロック図である。 第４の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第５の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、一対の磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第６の変形例に係る磁気センサにおける一対のホール素子、１つの磁気収束板、及び一対の補償ループ領域の位置関係を示す。 第７の変形例に係る磁気センサにおける二対のホール素子、一対の磁気収束板、及び二対の補償ループ領域の位置関係を示す。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明に係る磁気検出装置（磁気センサと称する）を図面を参照して説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、すべての図面において相互に対応する部分には同一符号を付すとともに、その説明を適宜省略する。
　磁電変換機能を有する磁電変換素子として、主として、Spinning Current Methodを適用可能ないわゆる対称型ホール素子がある。
　図１は、十字形状を有する対称型ホール素子の構成を示す。対称型ホール素子100は、十字形状を有する感磁部105を有する。感磁部105の４つの張出端101, 102, 103, 及び104のうち、中心を介して図面上側及び下側に位置する２つの張出端101及び103にはそれぞれホール素子電源端子A及びCが、中心を介して図面右側及び左側に位置する２つの張出端102及び104にはそれぞれホール起電圧出力端子B及びDが、設けられている。
　なお、対称型ホール素子は、一対のホール素子電源端子と一対のホール起電圧出力端子との配置を入れ替えても幾何学的形状が同一となるホール素子であり、換言すれば、全体の形状が中心（図示せず）を通る紙面に垂直な軸に対して４回回転対称であるホール素子である。従って、対称型ホール素子100は、電源端子を出力端子として、出力端子を電源端子としても使用することできる。そこで、本明細書では、ホール素子電源端子A及びCを電源端子又は端子A及びCと、ホール起電圧出力端子B及びDを出力端子又は端子B及びDとも称する。
　図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子及び一対の磁気収束板の位置関係を示す。図２Ａは、上面視においてそれらの位置関係を示し、図２Ｂは、図２Ａにおける基準線L2-L2に関する断面においてそれらの位置関係を示す。磁気センサ10は、基板205、一対の磁気収束板200、及び一対のホール素子201及び202を備える。
　基板205は、一例としてシリコン基板であり、その上面に配線層204及び保護膜203が設けられている。配線層204は、一対のホール素子201及び202の端子に接続する配線が設けられる絶縁層である。保護膜203は、配線層204を覆って保護する薄膜である。
　一対の磁気収束板200は、等脚台形状を有し、それぞれの上辺を互いに対向して保護層203上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
　一対のホール素子201及び202は、基板205上に不純物拡散層を形成して、その上面に表面を面一に露出し、表面を配線層204により覆われて形成されている。なお、ホール素子201及び202とにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対称に設けられている。一対のホール素子201及び202は、それぞれ、一対の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺直下に配置される。それにより、ホール素子201の端子C及びDを含む半部が一方の磁気収束板200に覆われ、ホール素子202の端子C及びDを含む半部が他方の磁気収束板200に覆われる。
　この一対のホール素子201及び202の一対の磁気収束板200に対する配置及び一対の磁気収束板200の形状により、基板に平行な向きの横磁場は、その磁束が一対の磁気収束板200の底辺からその内に入り、等脚台形の先細りの形状により絞られて磁束密度を上げて磁気収束板200の上辺から出ることで、大強度の縦磁場に変換され、上辺直下のホール素子201及び202によりそれぞれ検出される。
　図３は、本実施形態に係る磁気センサ10における信号処理系の構成を示す。信号処理系は、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304を含む。ホール素子駆動回路305は、ホール素子201及び202の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信する。信号処理回路303は、ホール素子201及び202の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。増幅器又は比較器304は、信号処理回路303に接続され、これから入力される演算結果を増幅又はリファレンスと比較してその結果を磁気センサ出力として出力する。なお、増幅器又は比較器304に任意のフィルタを設け、帯域制限を加えてもよい。
　図４Ａ及び図４Ｂは、磁気センサの従来の構成において、ホール素子201及び202に接続する配線により誘導起電力が生じる原理を示す。ここで、図４Ａは、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。図４Ｂは、図４Ａにおける基準線L4-L4に関する断面において、特に配線の配置を示す。ホール素子駆動回路305は、配線N401及びN403によりそれぞれホール素子201の電源端子A及びCに、また配線N405及びN407によりそれぞれホール素子202の電源端子A及びCに接続されている。信号処理回路303は、配線N402及びN404によりそれぞれホール素子201の出力端子B及びDに、また配線N406及びN408によりそれぞれホール素子202の出力端子B及びDに、接続されている。
　配線N402及びN404により、ホール素子201を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S401が形成される。また、配線N406及びN408により、ホール素子202を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S402が形成される。これら閉ループS401及びS402は、それぞれホール素子201及び202とともに、磁束密度が大きい磁気収束板200の端部近傍に位置する。ここで、図面左から右に向けて過渡的な横磁場が印加されると、ホール素子201には紙面手前から奥に向かう方向に磁場が入るため、この磁場を打ち消すように、ホール素子201を含む閉ループ領域S401に反時計周りの誘導起電力が発生する。また、ホール素子202には紙面奥から手前に向かう方向に磁場が入るため、この磁場を打ち消すように、ホール素子202を含む閉ループ領域S402に時計周りの誘導起電力が発生する。
　磁気センサ出力V0を導出する。横磁場を検出する場合、信号処理回路303は、一対のホール素子201及び202のそれぞれの出力信号V1及びV2の差分を算出する。ただし、出力信号V1は、ホール素子201から出力されるホール起電力Vh1に加えて、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力Vind1を含む。すなわち、V1 = Vh1-Vind1である。また、出力信号V2は、ホール素子202から出力されるホール起電力Vh2に加えて、閉ループ領域S402に生じる誘導起電力Vind2を含む。すなわち、V2 = -Vh2+Vind2である。なお、誘導起電力Vindは、一般的に、時間t、磁束密度B、及び閉ループ領域の面積Sを用いて、Vind = -dφ/dt = d(BS)/dtより与えられる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(1)により与えられる。
　VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1+Vind2)　…(1) 
　式(1)から分かるように、磁気センサ出力VOにおいて、ホール起電力(Vh1+Vh2)を打ち消すように誘導起電力(Vind1+Vind2)が発生することで、磁気センサの応答が遅延することとなる。
　さらに、横磁場に縦磁場が重畳されている場合を考える。縦磁場によりホール素子201及び202のホール起電力Vh1v及びVh2v及び閉ループ領域S401及びS402に誘導起電力Vind1v及びVind2vが生じることで、ホール素子201の出力信号V1 = (Vh1-Vind1) + (Vh1v-Vind1v)及びホール素子202の出力信号V2 = (-Vh2+Vind2)+(Vh2v-Vind2v)と表すことができる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(2)により与えられる。
　VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1+Vind2)+(Vh1v-Vh2v)-(Vind1v-Vind2v)　…(2)
　ここで、一対の磁気収束200が幾何学的に対称な形状配置であり、一対のホール素子201及び202及び周辺配線も対称な形状配置である場合、Vh1=Vh2=Vh, Vind1=Vind2=Vind, Vh1v=Vh2v及びVind1v=Vind2vより、磁気センサ出力VOは次式(3)のように変形される。
　VO = 2Vh-2Vind　…(3)
　式(3)より、縦磁場が横磁場に重畳されている場合においても横磁場のみを検出できることが分かる。しかし、一対の磁気収束200、一対のホール素子201及び202、及び周辺配線に製造上のアライメントずれ、ホール素子201及び202に非一様な縦磁場が印加すると、式(2)の右辺の第３及び第４項により表される縦磁場成分がゼロにならないことで、磁気センサの応答特性がさらに劣化することとなる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、本実施形態に係る磁気センサ10における誘導起電力を相殺する一対の補償ループ領域S501及びS502の配置、特に一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200との位置関係を示す。ここで、図５Ａは、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。図５Ｂは、図５Ａにおける基準線L5-L5に関する断面において、特に補償ループ領域S501の配置を示す。
　配線層204内で、ホール素子201の出力端子B及びDにそれぞれ接続される配線N402及びN404に、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償する補償ループ領域S501が形成される。配線N402及びN404は、ホール素子201と信号処理回路303との間で基板205の深さ方向に互いに離間して基板205に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S501を形成する。上面視で、配線N402及びN404は交差点を有し、断面視で、その交差点において配線N402及びN404は深さ方向に互いに離間している。つまり、配線N402及びN404は、ねじれの位置の関係にある。ここで、補償ループ領域S501が占める領域の少なくとも一部は、基板205の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
　同様に、配線層204内で、ホール素子202の出力端子B及びDにそれぞれ接続される配線N406及びN408に、閉ループ領域S402に生じる誘導起電力を補償する補償ループ領域S502が形成される。配線N406及びN408は、ホール素子202と信号処理回路303との間で基板205の深さ方向に互いに離間して基板205に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S502を形成する。ここで、補償ループ領域S502が占める領域の少なくとも一部は、基板205の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
　補償ループ領域S501により、閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償する原理について説明する。
　図５Ａに示すように、図面左から右に向けて過渡的な横磁場が印加されたとする。横磁場は、図面左側の磁気収束板200により縦磁場に変換されて、紙面手前から奥に向かってホール素子201、すなわち閉ループ領域S401に入るとともに補償ループ領域S501にも入る。それにより、磁場を打ち消すように、閉ループ領域S401及び補償ループ領域S501にともに反時計周りの誘導起電力が発生する。ここで、閉ループ領域S401及び補償ループ領域S501を形成する配線N402及びN404は、閉ループ領域S401と補償ループ領域S501との間で１回交差している。従って、補償ループ領域S501に生じた誘導起電力は、閉ループ領域S401に生じた誘導起電力と異なる向きを有し、これを相殺することとなる。
　また、横磁場は、図面右側の磁気収束板200により縦磁場に変換されて、紙面奥から手前に向かってホール素子202、すなわち閉ループ領域S402に入るとともに補償ループ領域S502にも入る。それにより、磁場を打ち消すように、閉ループ領域S402及び補償ループ領域S502にともに時計周りの誘導起電力が発生する。ここで、閉ループ領域S402及び補償ループ領域S502を形成する配線N406及びN408は、閉ループ領域S402と補償ループ領域S502との間で１回交差している。従って、補償ループ領域S502に生じた誘導起電力は、閉ループ領域S402に生じた誘導起電力と異なる向きを有し、これを相殺することとなる。
　なお、補償ループ領域S501及びS502は、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402と同じ方向に向けて配置するのが望ましい。また、補償ループ領域S501及びS502は、磁気収束板200の角部近傍に配置するのが望ましい。それにより、閉ループ領域S401及びS402に入る磁場より強い磁場が補償ループ領域S501及びS502に入ることとなり、小さいループで閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を相殺することができる。また、閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと異なる向きの磁場が補償ループ領域S501及びS502に入る場合、配線の交差をゼロ回又は２回にすればよい。
　補償ループ領域S501及びS502により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を補償した場合の磁気センサ出力V0を導出する。補償ループ領域S501及びS502に発生する誘導起電力をVind1c及びVind2cとすると、ホール素子201の出力信号V1=Vh1-Vind1+Vind1c及びホール素子202の出力信号V2=-Vh2+Vind2-Vind2cと表すことができる。従って、横磁場を検出する場合、信号処理回路303は一対のホール素子201及び202のそれぞれの出力信号V1及びV2の差分を算出することで、磁気センサ出力VOは、次式(4)により与えられる。
　VO = V1-V2 = (Vh1+Vh2)-(Vind1-Vind1c)-(Vind2-Vind2c)　…(4)
　式(4)から分かるように、磁気センサ出力VOにおいて、補償ループ領域S501及びS502に生じる誘導起電力により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を相殺し、磁気センサ10の応答特性を補償することができる。
　さらに、横磁場に縦磁場が重畳されている場合を考える。縦磁場により補償ループ領域S501及びS502に生じる誘導起電力Vind1vc及びVind2vcとすると、ホール素子201の出力信号V1 = (Vh1-Vind1+Vind1c) + (Vh1v-Vind1v+Vind1vc)及びホール素子202の出力信号V2 = (-Vh2+Vind2-Vind2c) + (Vh2v-Vind2v+Vind2vc)と表すことができる。従って、磁気センサ出力VOは、次式(5)により与えられる。
　VO = (Vh1+Vh2) - (Vind1-Vind1c) - (Vind2-Vind2c) + (Vh1v-Vh2v) - (Vind1v-Vind1vc) - (Vind2v-Vind2vc)　…(5)
　ここで、一対の磁気収束200が幾何学的に対称な形状配置であり、一対のホール素子201及び202及び周辺配線も対称な形状配置であり、補償ループ領域S501及びS502により閉ループ領域S401及びS402に生じる誘導起電力を完全に相殺する場合、Vind1=Vind1c、Vind2=Vind2c、Vind1v=Vind1vc、Vind2v=Vind2vcより、磁気センサ出力VOは次式(6)のように変形される。
　VO = 2Vh　…(6)
　式(6)より、縦磁場が横磁場に重畳されている場合においても横磁場のみを検出できるとともに、磁気センサ10の応答特性を補償することができることがわかる。また、一対の磁気収束200、一対のホール素子201及び202、及び周辺配線に製造上のアライメントずれ、ホール素子201及び202に非一様な縦磁場が印加する場合においても、磁気センサ10の応答特性の劣化を抑制することができることがわかる。
　なお、配線N402及びN404を立体交差するに代えて又は立体交差するとともに、例えば配線N402及びN404の少なくとも一方に、磁場が印加されることによって閉ループ領域S402に生じる誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する巻線等の補償配線部を設けてもよい。
　図６は、変形例に係る磁気センサ11における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。ここで、図６は、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。変形例に係る磁気センサ11では、ホール素子201及び202の全体が磁気収束板200の直下に配置される。その他は、前述の磁気センサ10と同様である。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。
　ここで、磁気センサ11外から入る熱により構成各部が加熱されると、磁気収束板200及び基板205の熱膨張率の差より、磁気収束板200の端部の極近傍で特に大きな熱応力が発生する。そこで、変形例に係る磁気センサ11では、ホール素子201及び202は、大きな熱応力が発生する磁気収束板200の端部の極近傍から離間する、しかし大強度の縦磁場に変換された磁場が入り得る磁気収束板200の端部の近傍に配置されている。
　図７は、第２の変形例に係る磁気センサ12における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。ここで、図７は、上面視において、図２Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10における一対のホール素子201及び202及び一対の磁気収束板200とともに図３に示した信号処理系に含まれるホール素子駆動回路305及び信号処理回路303を併せて示す。第２の変形例に係る磁気センサ12では、ホール素子201及び202の全体が磁気収束板200の直下を避けて、上面視において一対の磁気収束板200の間に配置される。その他は、第１の変形例に係る磁気センサ11と同様である。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。
　図８は、第３の変形例に係る磁気センサ13における二対のホール素子801, 802, 803及び804、一対の磁気収束板200、及び二対の補償ループ領域S811, S812, S813及びS814の位置関係を示す。磁気センサ13は、基板（不図示）、一対の磁気収束板200、二対のホール素子801, 802, 803及び804、及び２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805及び806を備える。
　基板（不図示）は、例えばシリコン基板であり、先述の基板205と同様に構成される。
　一対の磁気収束板200は、等脚台形状を有し、それぞれの上辺を互いに対向して基板（に含まれる保護層）上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
　二対のホール素子801, 802, 803及び804は、基板上に、ただし表面を配線層により覆われて形成されている。なお、ホール素子801及び803とホール素子802及び804とにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対象に設けられている。ホール素子801及び803は、図面左側の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺近傍の図面上側及び下側にそれぞれ配置される。ホール素子802及び804は、図面右側の磁気収束板200の端部、すなわち等脚台形の上辺近傍の図面上側及び下側にそれぞれ配置される。それにより、ホール素子801及び803の端子C及びDを含む半部が図面左側の磁気収束板200に覆われ、ホール素子802及び804の端子C及びDを含む半部が図面右側の磁気収束板200に覆われる。
　この二対のホール素子801, 802, 803及び804の一対の磁気収束板200に対する配置及び一対の磁気収束板200の形状により、基板に平行な向きの横磁場は、その磁束が一対の磁気収束板200の底辺からその内に入り、等脚台形の先細りの形状により絞られて磁束密度を上げて磁気収束板200の上辺から出ることで、大強度の縦磁場に変換され、上辺直下のホール素子801, 802, 803及び804によりそれぞれ検出される。
　２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805及び806は、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信するとともに、ホール素子801, 802, 803及び804の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。
　ここで、２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路805は、配線N801及びN803によりそれぞれホール素子801の電源端子A及びCに、配線N802及びN804によりそれぞれホール素子801の出力端子B及びDに、配線N805及びN807によりそれぞれホール素子802の電源端子A及びCに、配線N806及びN808によりそれぞれホール素子802の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。また、２つの信号処理回路及びホール素子駆動回路806は、配線N809及びN811によりそれぞれホール素子803の電源端子A及びCに、配線N810及びN812によりそれぞれホール素子803の出力端子B及びDに、配線N813及びN815によりそれぞれホール素子804の電源端子A及びCに、配線N814及びN816によりそれぞれホール素子804の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。
　配線N802及びN804 (N806及びN808)は、ホール素子801(802)を含んでこれと信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間に閉ループ領域S801(S802)を形成するとともに、ホール素子801(802)と信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路及びホール素子駆動回路805との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S811(S812)を形成する。ここで、補償ループ領域S811(S812)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。同様に、配線N810及びN812 (N814及びN816)は、ホール素子803(804)を含んでこれと信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間に閉ループ領域S803(S804)を形成するとともに、ホール素子803(804)と信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路及びホール素子駆動回路806との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S813(S814)を形成する。ここで、補償ループ領域S813(S814)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
　図９は、第３の変形例に係る磁気センサ13において、ホール素子をスピニングカレント動作させる場合の信号処理系の構成を示す。信号処理系は、ホール素子群901、スイッチ回路902、チョッパクロック生成回路904、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304を含む。ここで、ホール素子駆動回路305、信号処理回路303、及び増幅器又は比較器304は先述のそれらと同様に構成され、機能する。
　ホール素子群901は、ホール素子801, 802, 803及び804を含む。ホール素子801, 802, 803及び804は、各４つの配線N801-N804, N805-N808, N809-N812及びN813-N816によりスイッチ回路902に接続される。
　チョッパクロック生成回路904は、チョッパクロックを生成して、スイッチ回路902、ホール素子駆動回路305、及び信号処理回路303に入力する。
　スイッチ回路902は、チョッパクロック生成回路904から入力されるチョッパクロックにより動作して、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCをホール素子駆動回路305に切り換え接続するとともに、出力端子B及びDを信号処理回路303に切り換え接続することで、いわゆるスピニングカレント動作を行う。
　スピニングカレント動作は、ホール素子から出力される出力信号に含まれる素子固有のオフセットの成分を取り除いてホール起電力の信号のみを取り出すのに好適な方法である。スピニングカレント動作においては、スイッチ回路902によりホール素子801, 802, 803及び804のそれぞれに供給する電流の向きを反転して、出力信号を検出する。それにより、出力信号において、オフセットの成分に対するホール起電力の信号の極性が反転する。そこで、電流の向きを反転する前後のそれぞれの出力信号の差分を算出することで、ホール起電力の信号のみを取り出すことができる。
　図１０は、第４の変形例に係る磁気センサ14における二対のホール素子801, 802, 803及び804、一対の磁気収束板200、及び二対の補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014の位置関係を示す。磁気センサ14は、基板（不図示）、一対の磁気収束板200、二対のホール素子801, 802, 803及び804、及び図９の信号処理系を備え、これによりスピニングカレント動作が可能に構成されている。ただし、図１０には、図９の信号処理系に含まれるスイッチ回路902のみ示されている。スピニングカレント動作において、各ホール素子の電源端子A及びCは出力端子としても機能するため、端子B及びDに接続する配線により形成される閉ループ領域に生じる誘導起電力だけでなく、端子A及びCに接続する配線により形成される閉ループ領域に生じる誘導起電力についても補償する必要がある。従って、第３の変形例に係る磁気センサ13に対して本変形例に係る磁気センサ14は、さらに、ホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCに接続する配線N801, N803, N805, N807, N809, N811, N813及びN815にそれぞれ補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014が形成される。
　ここで、信号処理回路303は、スイッチ回路902を介して、配線N801及びN803によりそれぞれホール素子801の電源端子A及びCに（配線N802及びN804によりそれぞれホール素子801の電源端子B及びDに）、配線N805及びN807によりそれぞれホール素子802の電源端子A及びCに（配線N806及びN808によりそれぞれホール素子802の電源端子B及びDに）、それぞれ接続されている。また、信号処理回路303は、スイッチ回路902を介して、配線N809及びN811によりそれぞれホール素子803の電源端子A及びCに（配線N810及びN812によりそれぞれホール素子803の電源端子B及びDに）、配線N813及びN815によりそれぞれホール素子804の電源端子A及びCに（配線N814及びN816によりそれぞれホール素子804の電源端子B及びDに）、それぞれ接続されている。
　配線N801及びN803 (N805及びN807)は、ホール素子801(802)を含んでこれとスイッチ回路902（すなわち、信号処理回路303）との間に閉ループ領域S1001(S1002)を形成するとともに、ホール素子801(802)とスイッチ回路902との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差とスイッチ回路902との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S1011(S1012)を形成する。ここで、補償ループ領域S1011(S1012)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。また、補償ループ領域S1011(S1012)は、基板の深さ方向の平面視で補償ループ領域S811(S812)に重なっている。同様に、配線N809及びN811 (N813及びN815)は、ホール素子803(804)を含んでこれとスイッチ回路902（すなわち、信号処理回路303）との間に閉ループ領域S1003(S1004)を形成するとともに、ホール素子803(804)とスイッチ回路902との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差とスイッチ回路902との間で、特に磁気収束板200の角部近傍にこの角部を上面視において内側に含んで補償ループ領域S1013(S1014)を形成する。ここで、補償ループ領域S1013(S1014)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。また、補償ループ領域S1013(S1014)は、基板の深さ方向の平面視で補償ループ領域S813(S814)に重なっている。
　これにより、スピニングカレント動作によりホール素子801, 802, 803及び804の電源端子A及びCと出力端子B及びDとが切り替えられて端子A及びCからホール素子の出力信号を受信する場合においても、補償ループ領域S1011, S1012, S1013及びS1014に生じる誘導起電力により閉ループ領域S1001, S1002, S1003及びS1004に生じる誘導起電力を相殺することで、常時、磁気センサ14の応答特性を補償することができる。
　なお、本変形例に係る磁気センサ14において、スピニングカレント動作に対する補償ループ領域を例示したが、他の実施形態及び変形例においても同様に適用することができる。
　本変形例は、インダクタンス成分を相殺することができるため、電源端子A及びCと出力端子B及びDとを切り替える際の電源電圧を早く安定させることができ、ひいては出力電圧を早く安定させることができる。さらに、本変形例は、電源端子A及びCの配線によって形成されるインダクタンス成分を相殺することが可能となり、センサ出力の同相ノイズの低減ができる。
　図１１は、第５の変形例に係る磁気センサ15における一対のホール素子201及び202、一対の磁気収束板1100、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。磁気センサ15は、図５Ａに示した実施形態に係る磁気センサ10に対して、一対の磁気収束板1100の形状を正方形状に変更したものである。なお、補償ループ領域S501及びS502の配置は、これらに入る磁場の向きが、誘導起電力を補償する対象の閉ループ領域S401及びS402に入る磁場の向きと同じになる配置が望ましい。また、本変形例では、磁気収束板200の形状は正方形状としたが、例えば長方形、八角形、円形等、任意の形状であってもよい。
　図１２は、第６の変形例に係る磁気センサ16における一対のホール素子201及び202、１つの磁気収束板1200、及び一対の補償ループ領域S501及びS502の位置関係を示す。磁気センサ16は、図１１に示した第５の変形例に係る磁気センサ15に対して、一対の磁気収束板200に代えて１つの磁気収束板1200を使用し、磁気収束板1200の一端部（図面左側の端部）及び他端部（図面右側の端部）近傍にそれぞれホール素子201及び202を、磁気収束板1200の一角部（図面左上の角部）及び別の角部（図面右上の角部）近傍にそれぞれ補償ループ領域S501及びS502を配置したものである。この磁気センサ16により、円磁場又は楕円磁場を検出することが可能になる。
　この磁気収束板1200に対するホール素子201及び202の配置により、例えば、ホール素子201には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、ホール素子202には紙面手前から奥に向かって磁場が入る。それにより、配線N402及びN404によりホール素子201を含んで形成される閉ループ領域S401には時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S501にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S501により閉ループ領域S401に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N406及びN408によりホール素子202を含んで形成される閉ループ領域S402には反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S502にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S502により閉ループ領域S402に生じる誘導起電力を補償することができる。
　図１３は、第７の変形例に係る磁気センサ17における二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304、一対の磁気収束板1300、及び二対の補償ループ領域S1311, S1312, S1313及びS1314の位置関係を示す。磁気センサ17は、基板（不図示）、一対の磁気収束板1300、二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304、ホール素子駆動回路305、及び信号処理回路303を備える。磁気センサ17は、図８に示した第３の変形例に係る磁気センサ13に対して、一対の磁気収束板200に代えて矩形状の一対の磁気収束板1300を使用し、図１２に示した第６の変形例に係る磁気センサ16と同様に一対の磁気収束板1300のそれぞれの一端部（図面左側の端部）及び他端部（図面右側の端部）近傍にホール素子1301, 1302, 1303及び1304を、一対の磁気収束板1300のそれぞれの一角部（図面左上の角部）及び別の角部（図面右上の角部）近傍に補償ループ領域S1311, S1312, S1313, S1314を配置したものである。また、換言すると、磁気センサ17は、図１２に示した第６の変形例に係る磁気センサ16における一対のホール素子、１つの磁気収束板、及び一対の補償ループ領域を２組設けたものに相当する。この磁気センサ17により、円磁場又は楕円磁場を検出することが可能になる。
　一対の磁気収束板1300は、正方形状を有し、それぞれの一辺を互いに対向して基板（に含まれる保護層）上の図面左右方向の一側及び他側に配置されている。
　二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304は、基板上に、ただし表面を配線層により覆われて形成されている。なお、ホール素子1301及び1304とホール素子1302及び1303とのそれぞれにおいて、電源端子A及びC及び出力端子B及びDは対象に設けられている。ホール素子1301及び1302は、図面左側の磁気収束板1300の左端部及び右端部にそれぞれ配置される。ホール素子1303及び1304は、図面右側の磁気収束板1300の左端部及び右端部にそれぞれ配置される。それにより、ホール素子1301及び1302の端子A及びBを含む半部が図面左側の磁気収束板1300に覆われ、ホール素子1303及び1304の端子A及びBを含む半部が図面右側の磁気収束板1300に覆われる。
　ホール素子駆動回路305は、ホール素子1301, 1302, 1303及び1304の電源端子A及びCに配線を介して接続して、ホール素子を駆動する信号をそれぞれに送信する。ここで、ホール素子駆動回路305は、配線N1301及びN1303によりそれぞれホール素子1301の電源端子A及びCに、配線N1305及びN1307によりそれぞれホール素子1302の電源端子A及びCに、配線N1309及びN1311によりそれぞれホール素子1303の電源端子A及びCに、配線N1313及びN1315によりそれぞれホール素子1304の電源端子A及びCに、それぞれ接続されている。
　信号処理回路303は、ホール素子1301, 1302, 1303及び1304の出力端子B及びDに配線を介して接続して、それぞれから出力されるホール起電力（これを含む出力信号）を受信し、加算、減算等の演算をしてその結果を出力する。ここで、信号処理回路303は、配線N1302及びN1304によりそれぞれホール素子1301の出力端子B及びDに、配線N1306及びN1308によりそれぞれホール素子1302の出力端子B及びDに、配線N1310及びN1312によりそれぞれホール素子1303の出力端子B及びDに、配線N1314及びN1316によりそれぞれホール素子1304の出力端子B及びDに、それぞれ接続されている。
　配線N1302及びN1304 (N1306及びN1308)は、ホール素子1301(1302)を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S1301(S1302)を形成するとともに、ホール素子1301(1302)と信号処理回路303との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に図面左側の磁気収束板1300の左角部（右角部）近傍にこれを上面視において内側に含んで補償ループ領域S1311(S1312)を形成する。ここで、補償ループ領域S1311(S1312)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板1300に覆われている。同様に、配線N1310及びN1312 (N1314及びN1316)は、ホール素子1303(1304)を含んでこれと信号処理回路303との間に閉ループ領域S1303(S1304)を形成するとともに、ホール素子1303(1304)と信号処理回路303との間で基板の深さ方向に互いに離間して基板に平行な方向に１回交差し、この交差と信号処理回路303との間で、特に図面右側の磁気収束板1300の左角部（右角部）近傍にこれを上面視において内側に含んで補償ループ領域S1313(S1314)を形成する。ここで、補償ループ領域S1313(S1314)が占める領域の少なくとも一部は、基板の深さ方向の平面視で磁気収束板200に覆われている。
　この一対の磁気収束板1300に対する二対のホール素子1301, 1302, 1303及び1304の配置により、例えば、図面左側の磁気収束板1300の左端部近傍においてホール素子1301には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、図面左側の磁気収束板1300の右端部近傍においてホール素子1302には紙面手前から奥に向かって磁場が入り、図面右側の磁気収束板1300の左端部近傍においてホール素子1303には紙面奥から手前に向かって磁場が入り、図面右側の磁気収束板1300の右端部近傍においてホール素子1304には紙面手前から奥に向かって磁場が入る。
　それにより、配線N1302及びN1304によりホール素子1301を含んで形成される閉ループ領域S1301に時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1311にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1311により閉ループ領域S1301に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N1306及びN1308によりホール素子1302を含んで形成される閉ループ領域S1302に反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1312にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1312により閉ループ領域S1302に生じる誘導起電力を補償することができる。同様に、配線N1310及びN1312によりホール素子1303を含んで形成される閉ループ領域S1303に時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1313にも時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1313により閉ループ領域S1303に生じる誘導起電力を補償することができる。また、配線N1314及びN1316によりホール素子1304を含んで形成される閉ループ領域S1304に反時計周りに誘導起電力が発生するとともに補償ループ領域S1314にも反時計周りに誘導起電力が生じることで、補償ループ領域S1314により閉ループ領域S1304に生じる誘導起電力を補償することができる。
　なお、本変形例では、一対の磁気収束板及び二対のホール素子についての配置例を示したが、第４の変形例に係る磁気センサ14に適用したスピニングカレント動作を適用することも可能である。また、先述の実施形態及び変形例において説明した磁気収束板の形状、ホール素子及び補償ループ領域の配置等は任意に組み合わせることも可能である。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
　10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17…磁気センサ、100, 201, 202, 801, 802, 803, 804, 1301, 1302, 1303, 1304…対称型ホール素子、101, 102, 103, 104…ホール素子端子、105…感磁部、200, 1100, 1200, 1300…磁気収束板、203…保護膜、204…配線層、205…基板、303…信号処理回路、304…演算増幅器、305…ホール素子駆動回路、N401, N402, N403, N404, N405, N406, N407, N408, N801, N802, N803, N804, N805, N806, N807, N808, N809, N810, N811, N812, N813, N814, N815, N816, N1301, N1302, N1303, N1304, N1305, N1306, N1307, N1308, N1309, N1310, N1311, N1312, N1313, N1314, N1315, N1316…配線、805, 806…信号処理回路及びホール素子駆動回路、901…ホール素子群、902…スイッチ回路、904…チョッパクロック生成回路、S401, S402, S801, S802, S803, S804, S1001, S1002, S1003, S1004, S1301, S1302, S1303, S1304…閉ループ領域、S501, S502, S811, S812, S813, S814, S1011, S1012, S1013, S1014, S1311, S1312, S1313, S1314…補償ループ領域。

Claims (16)

  1. 　磁気収束板と、
    　前記磁気収束板の一面側に配される磁電変換素子と、
    　前記磁電変換素子に接続する少なくとも２つの配線と、
    　前記少なくとも２つの配線に接続して、前記磁電変換素子からの信号を受信する回路と、を備え、
    　前記少なくとも２つの配線は、前記磁電変換素子と前記回路との間において、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向に互いに離間して交差し、前記少なくとも２つの配線の交差と前記回路との間で補償ループを形成し、
    　前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
  2. 　前記補償ループが占める領域の少なくとも一部は、前記磁気収束板の角部の前記一面側に配される、請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記補償ループは、前記磁電変換素子と前記少なくとも２つの配線の交差との間で前記少なくとも２つの配線に生じる誘導起電力を相殺する、請求項１又は２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記磁電変換素子の少なくとも一部は、前記磁気収束板の前記一面と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  5. 　前記磁気収束板から離間して配される別の磁気収束板と、
    　前記別の磁気収束板の一面側に配される別の磁電変換素子と、
    　前記別の磁電変換素子に接続する少なくとも２つの別の配線と、をさらに備え、
    　前記回路は、さらに、前記２つの別の配線に接続して、前記別の磁電変換素子からの信号を受信し、
    　前記２つの別の配線は、前記別の磁電変換素子と前記回路との間で前記別の磁気収束板の一面に交差する方向に離間して前記別の磁気収束板の一面に平行な方向に交差し、前記２つの別の配線の交差と前記回路との間で別の補償ループを形成し、
    　前記磁気収束板、前記磁電変換素子、及び前記補償ループと前記別の磁気収束部、前記別の磁電変換素子、及び前記別の補償ループとは前記磁気収束板の一面に平行な方向に関して対称に配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  6. 　前記回路は、前記磁電変換素子及び前記別の磁電変換素子のそれぞれの出力信号の差分を算出する、請求項５に記載の磁気センサ。
  7. 　基板上に形成される磁気収束板と、
    　前記基板に形成される不純物拡散層と、
    　前記不純物拡散層に接続する第１～第４の端子と、
    　前記第１の端子に接続する第１配線と、
    　前記第１の端子と対向して配置される第３の端子に接続する第３配線と、
    　前記第２の端子に接続する第２配線と、
    　前記第２の端子と対向して配置される第４の端子に接続する第４配線と、を備え、
    　前記第１及び第３配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第１配線ループを形成し、前記第１配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、磁気センサ。
  8. 　前記第２及び第４配線は、前記基板と垂直な方向に互いに離間して交差し、該交差してから第２配線ループを形成し、前記第２配線ループが占める領域の少なくとも一部は、前記基板と垂直な方向の平面視で、前記磁気収束板に覆われる、請求項７に記載の磁気センサ。
  9. 　前記第１及び第２配線ループがそれぞれ占める領域は、前記基板と垂直な方向について少なくとも部分的に重なる、請求項８に記載の磁気センサ。
  10. 　前記第１から第４配線に接続するスイッチをさらに備え、
    　前記第１配線ループは、前記第１及び第３配線の交差と前記スイッチとの間で形成され、
    　前記第２配線ループは、前記第２及び第４配線の交差と前記スイッチとの間で形成される、請求項８又は９に記載の磁気センサ。
  11. 　前記不純物拡散層は、磁電変換素子である、請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  12. 　前記第の１端子及び前記第２の端子は互いに対向し、前記第３の端子及び前記第４の端子は互いに対向する、請求項７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  13. 　前記第１～第４の端子と前記第１～第４配線とは、前記基板に集積化されている、請求項７から１２のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  14. 　前記第１及び第３の端子が電源端子であり前記第２及び第４の端子が出力端子である第１状態と、前記第１及び第３の端子が出力端子であり前記第２及び第４の端子が電源端子である第２状態とが交互に切り替わる、請求項７から１３のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  15. 　磁電変換素子と、
    　前記磁電変換素子に接続される回路と、
    　前記磁電変換素子及び前記回路を接続する配線ペアと、を備え、
    　前記配線ペアは、前記磁電変換素子及び前記磁電変換素子に接続される一部分の配線を含むループ配線部に磁場が印加されることによって発生する誘導起電力と逆方向の誘導起電力を発生する配線部分である補償配線部を有する、磁気センサ。
  16. 　前記配線ペアは、経路において２つの配線が立体交差し、
    　前記ループ配線部は、前記立体交差よりも前記磁電変換素子側に位置し、
    　前記補償配線部は、前記立体交差よりも前記回路側に位置する、請求項１５に記載の磁気センサ。
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