(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の平行な主表面を有する半導体基板と、
円形縦型ホール（ＣＶＨ）構造として配列される複数の縦型ホール素子であって、前記複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子が、前記半導体基板の前記第１の主表面中の共通の円形埋め込み領域上に配列され、前記複数の縦型ホール素子は、前記半導体基板の前記第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、個別の複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有する、複数の縦型ホール素子と、
前記半導体基板上に配置される複数の平面ホール素子であって、前記複数の平面ホール素子は、円形平面ホール（ＣＰＨ）構造で配列され、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、前記ＣＶＨ構造の共通の円形埋め込み領域上又は前記ＣＰＨ構造の別の共通の埋め込み領域上に配列され、前記複数の平面ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される、複数の平面ホール素子と、
前記半導体基板上に配置され、前記複数のｘ−ｙ出力信号を表す信号を受信するために結合され、前記複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合され、前記ｘ−ｙ平面における前記方向成分の角度を表すｘ−ｙ角度信号、または前記ｘ−ｙ平面における前記方向成分の大きさを表すｘ−ｙ大きさ信号の１つまたは複数を発生するように構成され、そして前記ｚ方向における前記方向成分の大きさを表すｚ大きさ信号を発生するように構成される処理回路とを含む、磁場センサ。
【請求項２】
前記共通の円形埋め込み領域は、ｎ型のドーピング物質を含み、前記基板は、ｐ型の物質を含む、請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記半導体基板は、シリコン基板を含む、請求項２に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、平面ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、前記処理回路は、前記平面ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して、前記複数の平面ホール素子を処理して、前記複数のｚ出力信号を表す前記信号を発生するように動作可能である、請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記処理回路は、さらに、多重化構成で平面ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子の前記平面ホール素子のコンタクトのうちの異なるコンタクトが、異なる時間に、前記複数のｚ出力信号のうちの異なる信号を供給する、請求項４に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子が、縦型ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、前記処理回路は、縦型ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して、前記複数の縦型ホール素子を処理して、前記複数のｘ−ｙ出力信号を表す前記信号を発生するように動作可能である、請求項４に記載の磁場センサ。
【請求項７】
前記処理回路は、多重化構成で縦型ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、前記複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子の前記縦型ホール素子のコンタクトのうちの異なるコンタクトが、異なる時間に、前記複数のｘ−ｙ出力信号のうちの異なる信号を供給する、請求項６に記載の磁場センサ。
【請求項８】
前記処理回路は、前記複数のｚ出力信号を表す前記信号を受信するために結合され、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分に応答して、第１の中間信号を発生するように構成される、ｚ方向成分プロセッサを含む、請求項６に記載の磁場センサ。
【請求項９】
前記第１の中間信号は、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分の大きさに応答するＤＣ信号値を有するＤＣ信号成分を含み、前記処理回路は、前記ＤＣ信号値に応答して、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分の前記大きさを示すｚ大きさ信号を発生するように動作可能である、請求項８に記載の磁場センサ。
【請求項１０】
前記処理回路は、前記複数のｘ−ｙ出力信号を表す前記信号を受信するために結合され、前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分に応答して、第２の中間信号を発生するように構成される、ｘ−ｙ方向成分プロセッサをさらに含む、請求項８に記載の磁場センサ。
【請求項１１】
前記第２の中間信号は、前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分の角度に応答する位相を有し、かつ前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分の大きさに応答する大きさを有する、ＡＣ信号成分を含み、前記処理回路は、前記ＡＣ信号成分の前記位相に応答して、前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分の前記角度を示す前記ｘ−ｙ角度信号を発生するように動作可能である、請求項１０に記載の磁場センサ。
【請求項１２】
前記処理回路は、さらに、前記ＡＣ信号成分の前記大きさに応答して、前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分の前記大きさを示す前記ｘ−ｙ大きさ信号を発生するように動作可能である、請求項１１に記載の磁場センサ。
【請求項１３】
前記ｚ方向成分プロセッサは、前記第１の中間信号を表す信号を受信するために結合される低域通過フィルタを含む、請求項１０に記載の磁場センサ。
【請求項１４】
前記ｘ−ｙ方向成分プロセッサは、
前記第２の中間信号を表す信号を受信するために結合され、フィルタリングした信号を発生するように構成される帯域通過フィルタと、
前記フィルタリングした信号を受信するために結合され、クロック信号を受信するために結合され、そして前記クロック信号の位相と前記フィルタリングした信号の位相を比較するように構成されるカウンタ回路とを含む、請求項１０に記載の磁場センサ。
【請求項１５】
前記ｘ−ｙ方向成分プロセッサは、前記フィルタリングした信号を受信するために結合され、前記フィルタリングした信号の振幅を検出して前記ｘ−ｙ平面における前記磁場の前記方向成分の大きさを表すｘ−ｙ大きさ信号を発生するように構成される、振幅検出器をさらに含む、請求項１４に記載の磁場センサ。
【請求項１６】
前記振幅検出器は、低域通過フィルタに結合される整流器を含む、請求項１５に記載の磁場センサ。
【請求項１７】
前記ｚ大きさ信号、前記ｘ−ｙ角度信号および前記ｘ−ｙ大きさ信号を受信するために結合され、前記信号を組み合わせて３次元で前記磁場の指示方向に沿った前記磁場の大きさを表す信号を発生するように構成される、結合プロセッサをさらに含む、請求項１５に記載の磁場センサ。
【請求項１８】
前記ｚ大きさ信号、前記ｘ−ｙ角度信号または前記ｘ−ｙ大きさ信号のうちの少なくとも２つを受信するために結合され、前記少なくとも２つの信号を、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマットまたはパルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットの少なくとも１つを含むフォーマットに、フォーマッティングするように構成される、結合プロセッサをさらに含む、請求項１５に記載の磁場センサ。
【請求項１９】
ｘ−ｙ平面に対して平行な第１および第２の平行な主表面を有する半導体基板と、
円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列される複数の平面ホール素子であって、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、前記半導体基板の前記第１の主表面中の共通の円形埋め込み領域上に配列され、前記複数の平面ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される、複数の平面ホール素子と、
前記共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子であって、前記ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、前記複数の縦型ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有し、前記複数の平面ホール素子は、前記縦型ホール素子のコンタクトがそれらの間に入るようにして、個々の平面ホール素子を含む、ＣＶＨ感知素子とを含む、磁場感知素子の配列。
【請求項２０】
前記共通の円形埋め込み領域は、ｎ型のドーピング物質を含み、前記基板は、ｐ型の物質を含む、請求項１９に記載の磁場感知素子の配列。
【請求項２１】
前記半導体基板は、シリコン基板を含む、請求項１９に記載の磁場感知素子の配列。
【請求項２２】
前記半導体基板上に配置され、前記複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合される処理回路をさらに含み、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、平面ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、前記処理回路は、前記平面ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して前記複数の平面ホール素子を処理して、前記複数のｚ出力信号を表す信号を発生するように動作可能である、請求項１９に記載の磁場感知素子の配列。
【請求項２３】
前記処理回路は、さらに、多重化構成で、平面ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子の前記平面ホール素子のコンタクトのうちの異なるコンタクトが、異なる時間に、前記複数のｚ出力信号のうちの異なる信号を供給する、請求項２２に記載の磁場感知素子の配列。
【請求項２４】
前記処理回路は、前記複数のｚ出力信号を表す前記信号を受信するために結合され、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分に応答して、中間信号を発生するように構成される、ｚ方向成分プロセッサを含み、前記中間信号は、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分の大きさに応答するＤＣ信号値を有するＤＣ信号成分を含み、前記処理回路は、前記ＤＣ信号値に応答して、前記ｚ方向における前記磁場の前記方向成分の前記大きさを示す出力信号を発生するように動作可能である、請求項２２に記載の磁場感知素子の配列。
【請求項２５】
ｘ−ｙ平面に対して平行な第１および第２の平行な主表面を有する半導体基板と、
円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列される複数の平面ホール素子であって、前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、前記半導体基板の前記第１の主表面中の共通の円形埋め込み領域上に配列され、前記複数の平面ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される、複数の平面ホール素子と、
前記半導体基板の主表面中の異なる共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子であって、前記ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、前記複数の縦型ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有する、ＣＶＨ感知素子とを含む、磁場感知素子の配列。
【請求項２６】
磁場感知素子の配列を組み立てる方法であって、
両方ともｘ−ｙ平面に対して平行である第１および第２の主平行表面を有する半導体基板の前記第１の主表面中に、共通の円形埋め込み領域を形成するステップと、
前記共通の円形埋め込み領域の上に、円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列される複数の平面ホール素子を形成するステップであって、前記複数の平面ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される、ステップと、
前記共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子を形成するステップであって、前記ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、前記複数の縦型ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有し、前記複数の平面ホール素子は、前記縦型ホール素子のコンタクトがそれらの間に入るようにして、個々の平面ホール素子を含む、ステップとを含む、方法。
【請求項２７】
磁場感知素子の配列を組み立てる方法であって、
両方ともｘ−ｙ平面に対して平行である第１および第２の主平行表面を有する半導体基板の前記第１の主表面中に、共通の円形埋め込み領域を形成するステップと、
前記共通の円形埋め込み領域の上に、円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列される複数の平面ホール素子を形成するステップであって、前記複数の平面ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される、ステップと、
前記半導体基板の主表面中の異なる共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子を形成するステップであって、前記ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、前記複数の縦型ホール素子は、前記ｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、前記ｘ−ｙ平面は、ｘ−方向および前記ｘ−方向に直交するｙ−方向を有する、ステップとを含む、方法。
【請求項２８】
前記ＣＰＨ構造の前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子は、複数の平面ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、前記複数の平面ホール素子のうちのそれぞれの素子は、前記複数の平面ホール素子のうちの他の素子と、平面ホール素子のコンタクトを共有する、請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項２９】
前記ＣＶＨ構造の前記共通の円形埋め込み領域及び前記ＣＰＨ構造の前記共通の埋め込み領域は、前記基板上に同心円上に配置される、請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３０】
前記ＣＰＨ構造の前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子は、前記ＣＶＨ構造の前記共通の円形埋め込み領域上に配列される、請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３１】
前記ＣＰＨ構造の前記複数の平面ホール素子のそれぞれの素子は、平面ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、前記複数の平面ホール素子のうちのそれぞれの素子は、前記複数の平面ホール素子のうちの他の素子と、平面ホール素子のコンタクトを共有する、請求項１９に記載の磁場感知素子の配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁場の方向を感知するための磁場感知素子に関し、より具体的には、円形縦型ホール（ＣＶＨ：ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｈａｌｌ）磁場感知素子と平面ホール素子を組み合わせた大きさ感知に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール効果素子および磁気抵抗素子を含む、様々なタイプの磁場感知素子が知られている。磁場センサは、一般に、磁場感知素子および他のエレクトロニック構成要素を含む。
【０００３】
いくつかの磁場感知素子、およびそれに関連する磁場センサによって、感知した磁場の方向を表す電気信号がもたらされる。磁場信号は、方向に従って変化し、したがって分解することができ、それによって磁場の指示方向が識別される。
【０００４】
大部分のタイプのそのような方向を指示する磁場感知素子、およびそれに関連する磁場センサは、２次元だけで、すなわち平面において磁場の成分の方向を示す信号を発生する。しかし、磁場は、磁場センサの感受性平面に対して平行でない、すなわち３次元である指示方向を有することができる。
【０００５】
３次元で磁場を感知することができる磁場センサは、いくつかの用途で、たとえば３次元のジョイスティックで有用であり、その場合、ジョイスティックは、２つの次元で移動させることができ、また第３の次元で押し下げることができる。いくつかの３次元の用途では、平面上で磁場の指示方向を２次元で示すように動作可能な磁場センサと、またその平面に対して垂直の方向で磁場の大きさを示すように動作可能な、別の１次元の磁場センサとの両方が使用される。
【０００６】
それゆえ、磁場の３次元特性のいくつかを分解するためには、いくつかの配列で、２次元磁場センサとまた１次元磁場センサとの両方が使用される。いくつかの用途では、磁場の３次元の指示方向に沿って磁場の大きさを表す信号をもたらすために、２つの磁場センサからの出力信号をさらに処理することができる。それゆえ、２つの磁場センサが発生した情報を組み合わせると、磁場の３次元の特性を決定することができる。
【０００７】
上記に述べた２次元磁場センサと、また上記に述べた１次元磁場センサとの両方を設けることは、面倒である。２つのそのような磁場センサを組み合わせると、高価になり勝ちである。さらにまた、感知された磁場の３次元特性を分解するためには、追加の処理が必要になる。またさらに、直交する軸を設けるために２つのタイプの磁場センサを位置合わせすることは、その結果得られる分解された３次元特性の正確さに対してクリティカルであり、そのような位置合わせは、困難であって不正確になる恐れがある。
【０００８】
したがって、単一の集積された磁場感知素子、および３次元で磁場の特性を示す１つまたは複数の信号を発生することができる、それと関連する磁場センサをもたらすことは、望ましいことになるはずである。いくつかの実施形態では、集積された磁場感知素子が、単一の基板、たとえばシリコン基板上に形成され、そのシリコン基板では、軸の位置合わせが、より容易になる傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、単一の集積された磁場感知素子、および３次元で磁場の特性を示す１つまたは複数の信号を発生することができる、それと関連する磁場センサが提供される。いくつかの実施形態では、集積された磁場感知素子は、単一の基板、たとえばシリコン基板上に形成され、そのシリコン基板では、軸の位置合わせがより容易になる傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、磁場センサは、第１および第２の平行な主表面を有する半導体基板を含む。磁場センサは、円形縦型ホール（ＣＶＨ）構造として配列される複数の縦型ホール素子を含む。複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子が、半導体基板の第１の主表面中の共通の円形埋め込み領域上に配列される。複数の縦型ホール素子は、半導体基板の第１の主表面に対して平行なｘ−ｙ平面において方向成分を有する磁場に応答して、個別の複数のｘ−ｙ出力信号を発生するように構成され、そのｘ−ｙ平面は、ｘ−方向と、ｘ−方向に対して直交するｙ−方−素子を有する。平面ホール素子は、ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、ｚ出力信号を発生するように構成される。また、磁場センサは、処理回路を含み、その処理回路は、半導体基板上に配置され、複数のｘ−ｙ出力信号を表す信号を受信するために結合され、ｚ出力信号を表す信号を受信するために結合され、ｘ−ｙ平面において方向成分の角度を表すｘ−ｙ角度信号、またはｘ−ｙ平面において方向成分の大きさを表すｘ−ｙ大きさ信号の１つまたは複数を発生するように構成され、そしてｚ方向における方向成分の大きさを表すｚ大きさ信号を発生するように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、磁場センサは、次の態様の１つまたは複数を含むことができることができる。
【００１２】
磁場センサのいくつかの実施形態では、ｘ−ｙ角度信号、ｘ−ｙ大きさ信号およびｚ−大きさ信号は、組み合わせて、それによって磁場の３次元の指示方向および／または３次元の指示方向に沿った磁場の大きさを表す３次元信号を発生することができる。
【００１３】
磁場センサのいくつかの実施形態では、平面ホール素子は、半導体基板上に配置される複数の平面ホール素子の１つであり、複数の平面ホール素子は、ｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成され、処理回路は、複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合される。
【００１４】
磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の平面ホール素子が、円形平面ホール（ＣＰＨ：ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｌａｎａｒ  Ｈａｌｌ）構造で配列され、複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、共通の円形埋め込み領域上に配列される。
【００１５】
磁場センサのいくつかの実施形態では、共通の円形埋め込み領域は、ｎ型のドーピング物質を含み、基板は、ｐ型の物質からなる。
【００１６】
磁場センサのいくつかの実施形態では、半導体基板は、シリコン基板を含む。
【００１７】
磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、平面ホール素子のコンタクト（接点、contact）の個別の群を含み、処理回路は、平面ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して、複数の平面ホール素子を処理するように動作可能であり、それによって複数のｚ出力信号を表す信号を発生する。
【００１８】
磁場センサのいくつかの実施形態では、処理回路は、さらに、多重化構成で平面ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、複数の平面ホール素子のそれぞれの素子の平面ホール素子のコンタクトの異なるコンタクトが、異なる時間に、複数のｚ出力信号の異なるｚ出力信号を供給する。
【００１９】
磁場センサのいくつかの実施形態では、複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子が、縦型ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、処理回路は、縦型ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して、複数の縦型ホール素子を処理するように動作可能であり、それによって複数のｘ−ｙ出力信号を表す信号を発生する。
【００２０】
磁場センサのいくつかの実施形態では、処理回路は、多重化構成で縦型ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、複数の縦型ホール素子のそれぞれの素子の縦型ホール素子のコンタクトの異なるコンタクトは、異なる時間に、複数のｘ−ｙ出力信号の異なる信号を供給する。
【００２１】
磁場センサのいくつかの実施形態では、処理回路は、ｚ方向成分プロセッサを含み、そのｚ方向成分プロセッサは、複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合され、ｚ方向における磁場の方向成分に応答して、第１の中間信号を発生するように構成される。
【００２２】
磁場センサのいくつかの実施形態では、第１の中間信号は、ｚ方向における磁場の方向成分の大きさに応答するＤＣ信号値を有するＤＣ信号成分を含み、処理回路は、ＤＣ信号値に応答して、ｚ方向における磁場の方向成分の大きさを示すｚ大きさ信号を発生するように動作可能である。
【００２３】
磁場センサのいくつかの実施形態では、処理回路は、ｘ−ｙ方向成分プロセッサをさらに含み、そのｘ−ｙ方向成分プロセッサは、複数のｘ−ｙ出力信号を表す信号を受信するために結合され、ｘ−平面における磁場の方向成分に応答して、第２の中間信号を発生するように構成される。
【００２４】
磁場センサのいくつかの実施形態では、第２の中間信号は、ｘ−ｙ平面における磁場の方向成分の角度に応答する位相を有し、かつｘ−ｙ平面における磁場の方向成分の大きさに応答する大きさを有するＡＣ信号成分を含み、処理回路は、ＡＣ信号成分の位相に応答して、ｘ−ｙ平面における磁場の方向成分の角度を示すｘ−ｙ角度信号を発生するように動作可能である。
【００２５】
磁場センサのいくつかの実施形態では、処理回路は、さらに、ＡＣ信号成分の大きさに応答して、ｘ−ｙ平面における磁場の方向成分の大きさを示すｘ−ｙ大きさ信号を発生するように動作可能である。
【００２６】
磁場センサのいくつかの実施形態では、ｚ方向成分プロセッサは、第１の中間信号を表す信号を受信するために結合される低域通過フィルタを含む。
【００２７】
磁場センサのいくつかの実施形態では、ｘ−ｙ方向成分プロセッサは、第２の中間信号を表す信号を受信するために結合され、フィルタリングした信号を発生するように構成される帯域通過フィルタと；フィルタリングした信号を受信するために結合され、クロック信号を受信するために結合され、そしてクロック信号の位相とフィルタリングした信号の位相を比較するように構成されるカウンタ回路とを含む。
【００２８】
磁場センサのいくつかの実施形態では、ｘ−ｙ方向成分プロセッサは、フィルタリングした信号を受信するために結合され、フィルタリングした信号の振幅を検出するように構成され、それによってｘ−ｙ平面における磁場の方向成分の大きさを表すｘ−ｙ大きさ信号を発生する振幅検出器をさらに含む。
【００２９】
磁場センサのいくつかの実施形態では、振幅検出器は、低域通過フィルタに結合される整流器を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、磁場センサは、結合プロセッサ（ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）をさらに含み、その結合プロセッサは、ｚ大きさ信号、ｘ−ｙ角度信号およびｘ−ｙ大きさ信号を受信するために結合され、それら信号を組み合わせるように構成され、それによって、３次元で磁場の指示方向に沿った磁場の大きさを表す信号を発生する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、磁場センサは、結合プロセッサをさらに含み、その結合プロセッサは、ｚ大きさ信号、ｘ−ｙ角度信号またはｘ−ｙ大きさ信号の少なくとも２つを受信するために結合され、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマットまたはパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）フォーマットの少なくとも１つを含むフォーマットに、その少なくとも２つの信号をフォーマッティングするように構成される。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、磁場感知素子は、ｘ−ｙ平面に対して平行な第１および第２の平行な主表面を有する半導体基板を含む。また、磁場センサは、円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列される複数の平面ホール素子を含む。複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、半導体基板の第１の主表面中の共通の円形埋め込み領域上に配列される。複数の平面ホール素子は、ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される。
【００３３】
いくつかの実施形態では、磁場感知素子は、次の態様の１つまたは複数を含むことができる。
【００３４】
磁場感知素子のいくつかの実施形態では、共通の円形埋め込み領域は、ｎ−タイプのドーピング物質を含み、基板は、ｐ型の物質からなる。
【００３５】
磁場感知素子のいくつかの実施形態では、半導体基板は、シリコン基板を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、磁場感知素子は、半導体基板上に配置され、かつ複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合される処理回路をさらに含み、複数の平面ホール素子のそれぞれの素子が、平面ホール素子のコンタクトの個別の群を含み、処理回路は、平面ホール素子のコンタクトの複数の群を使用して、複数の平面ホール素子を処理するように動作可能であり、それによって複数のｚ出力信号を表す信号を発生する。
【００３７】
磁場感知素子のいくつかの実施形態では、処理回路は、さらに、多重化構成で平面ホール素子のコンタクトのそれぞれの群を処理するように動作可能であり、複数の平面ホール素子のそれぞれの素子の平面ホール素子のコンタクトの異なるコンタクトが、異なる時間に、複数のｚ出力信号の異なるｚ出力信号を供給する。
【００３８】
磁場感知素子のいくつかの実施形態では、処理回路は、ｚ方向成分プロセッサを含み、そのｚ方向成分プロセッサは、複数のｚ出力信号を表す信号を受信するために結合され、ｚ方向における磁場の方向成分に応答して、中間信号を発生するように構成され、その中間信号は、ｚ方向における磁場の方向成分の大きさに応答するＤＣ信号値を有するＤＣ信号成分を含み、処理回路は、ＤＣ信号値に応答して、ｚ方向における磁場の方向成分の大きさを示す出力信号を発生するように動作可能である。
【００３９】
いくつかの実施形態では、磁場感知素子は、共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子をさらに含み、ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、複数の平面ホール素子は、縦型ホール素子のコンタクトがそれらの間に入るようにして、個々の平面ホール素子を含む。
【００４０】
いくつかの実施形態では、磁場感知素子は、半導体基板の主表面中の異なる共通の円形埋め込み領域上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子をさらに含み、ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含む。
【００４１】
本発明の別の態様によれば、磁場感知素子の配列を組み立てる方法は、両方がｘ−ｙ平面に対して平行である第１および第２の主な平行表面を有する半導体基板の第１の主表面中に共通の円形埋め込み領域を形成するステップを含む。また、本方法は、共通の円形埋め込み領域の上に、円形平面ホール（ＣＰＨ）構造として配列して複数の平面ホール素子を形成するステップを含む。複数の平面ホール素子は、ｘ−ｙ平面に対して直交するｚ方向に方向成分を有する磁場に応答して、複数のｚ出力信号を発生するように構成される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、本方法は、次の態様の１つまたは複数を含むことができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、本方法は、共通の円形埋め込み領域上に配置して円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子を形成するステップをさらに含み、ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、複数の平面ホール素子は、縦型ホール素子のコンタクトがそれらの間に入るようにして、個々の平面ホール素子を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、本方法は、半導体基板の主表面中の異なる共通の円形埋め込み領域上に配置して円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子を形成するステップをさらに含み、ＣＶＨ感知素子は、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含む。
【００４５】
本発明の前述の特徴、さらにまた本発明自体は、図面に関する次の詳細な記述からより十分に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】共通の基板中の別々の埋め込み領域の上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子および平面ホール素子を備える、磁場感知素子の配列を有する磁場センサを図形で示す図である。
【図２】複数の縦型ホール素子のコンタクトを有するＣＶＨ感知素子を図形で示し、それぞれの縦型ホール素子が複数の縦型ホール素子のコンタクトを有する、図である。
【図２Ａ】複数の平面ホール素子を有する円形平面ホール（ＣＰＨ）感知素子を図形で示し、それぞれの平面ホール素子が複数の平面ホール素子のコンタクトを有する、図である。
【図２Ｂ】共通の基板中の共通の埋め込み領域の上にすべて配置される、ＣＶＨ感知素子を有しかつＣＰＨ感知素子を有する磁場感知素子の配列を図形で示す図である。
【図３】結合された構成でＣＶＨ感知素子を備え、かつＣＰＨ感知素子を備える磁場感知素子の配列を有し、ｘ−ｙ方向成分回路を有し、ｚ方向成分回路を有し、かつ結合回路を有する磁場センサを示すブロック図である。
【図４】図３の磁場センサのさらなる細部を示すブロック図である。
【図５】図４の磁場センサ内の、ＣＶＨ感知素子と関連する４つの信号を示すグラフである。
【図６】図４の磁場センサ内の、ＣＰＨ感知素子と関連する別の３つの信号を示すグラフである。
【図７】ＣＶＨ感知素子およびＣＰＨ感知素子を備える磁場感知素子の配列を有する磁場センサを図形で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
本発明を述べる前に、いくつかの前置きの概念と用語を説明する。
【００４８】
用語「磁場感知素子（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」は、本明細書で使用する際、磁場を感知することができる様々なエレクトロニック素子を述べるために使用する。磁場感知素子は、ただしこれらに限定されないが、ホール効果素子（Ｈａｌｌ  ｅｆｆｅｃｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）、磁気抵抗素子（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）または磁気トランジスタ（ｍａｇｎｅｔｏｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とすることができる。知られているように、異なるタイプのホール効果素子、たとえば、平面ホール素子、縦型ホール素子および円形ホール素子が存在する。また、知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、たとえば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：ｇｉａｎｔ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ：ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ：Ｉｎｄｉｕｍ  ａｎｔｉｍｏｎｉｄｅ）センサおよび磁気トンネル接合（ＭＴＪ：ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が存在する。
【００４９】
いわゆる「円形縦型ホール（ＣＶＨ：ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｈａｌｌ）」感知素子が知られており、それは、「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  ｉｎ  ａ  Ｐｌａｎｅ（平面において磁場の方向を測定するための磁場センサ）」と題する、２００８年５月２８日に出願され、ＰＣＴ公報第ＷＯ２００８／１４５６６２号として英語で公開されたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号に記載されており、その出願およびその公報は、参照によってそっくりそのまま本明細書に援用する。ＣＶＨ感知素子は、基板中の共通の円形埋め込み領域の上に配列される縦型ホール素子（すなわち縦型ホール素子のコンタクト）の円形配列である。ＣＶＨ感知素子は、基板の平面における磁場の成分の方向（すなわち角度）および任意選択で大きさを感知するために使用することができる。
【００５０】
知られているように、上記に述べた磁場感知素子のいくつかは、磁場感知素子を支持する基板に対して平行に最大感度の軸を有する傾向があり、上記に述べた磁場感知素子の他のものは、磁場感知素子を支持する基板に対して垂直に最大感度の軸を有する傾向がある。具体的には、平面ホール素子は、基板に対して垂直に感度軸を有する傾向があり、一方磁気抵抗素子および縦型ホール素子（円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子を含む）は、基板に対して平行に感度軸を有する傾向がある。
【００５１】
磁場センサは、ただしこれらに限定されないが、磁場の方向の角度を感知する角度センサ、通電導体を流れる電流によって発生する磁場を感知する電流センサ、強磁性物体の近接を感知する磁気スイッチ、強磁性品目、たとえばリング磁石の磁区が通過するのを感知する回転検出器および磁場の磁場密度を感知する磁場センサを含む、様々な用途で使用される。
【００５２】
図１を参照すると、磁場センサ１０は、磁場感知素子の配列１１を含むことができる。磁場感知素子の配列１１は、共通の埋め込み領域１６の上に配置される円形縦型ホール（ＣＶＨ）感知素子１２を含み、その領域は、基板２２上に配置される。ＣＶＨ感知素子１２は、複数の縦型ホール素子を含み、その縦型ホール素子１４は、ほんの一例だけである。縦型ホール素子１４は、ＣＶＨ感知素子１２中の他の縦型ホール素子のように、複数の縦型ホール素子のコンタクトを含み、その縦型ホール素子のコンタクト１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは、例である。５つの縦型ホール素子のコンタクト１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを有する縦型ホール素子１４が示されているが、他の実施形態では、ＣＶＨ感知素子は、５つより多い、または５より少ない縦型ホール素子のコンタクト、たとえば４つの縦型ホール素子のコンタクトまたは６つの縦型ホール素子のコンタクトを備える縦型ホール素子を有することができる。
【００５３】
また、磁場感知素子の配列１１は、基板２２上に、たとえばＣＶＨ感知素子１２の中心に、または中心の近くに配置される平面ホール素子１８を含むことができる。しかし、基板２２上への平面ホール素子１８の他の配置が、また可能である。平面ホール素子１８は、別の埋め込み領域２０の上に配置される。
【００５４】
ＣＶＨ感知素子１２は、以下でより十分に述べるエレクトロニック２４と連動して、磁場の１つまたは複数の２次元の態様を表す出力信号２４ａを供給することができる。１つまたは複数の態様は、たとえば，ａ）ＣＶＨ感知素子１２の平面においてＣＶＨ感知素子１２が感じる磁場の成分の方向の角度、およびｂ）ＣＶＨ感知素子１２の平面における磁場の大きさを含むことができる。
【００５５】
それとは対照的に、平面ホール素子１８は、エレクトロニック２４と連動して、平面ホール素子１８の平面に対して垂直の方向における磁場の成分の大きさを表す出力信号２４ａを供給することができる。
【００５６】
上記の情報によると、磁場感知素子の配列１１は、エレクトロニック２４と連動して、磁場のいくつかの３次元の特性、たとえば、ａ）磁場感知素子の配列１０が感じる磁場の３次元の指示方向、およびｂ）３次元の指示方向に沿った磁場の大きさに分解するのに十分な情報をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、３次元の特性の分解は、信号２４ａを受信するために結合される別のプロセッサ（図示せず）によって行うことができる。しかし、いくつかの実施形態では、エレクトロニック２４は、磁場の３次元の指示方向および３次元の指示方向における磁場の大きさも表す出力信号２４ａを供給することができる。
【００５７】
ここで図２を参照すると、複数の縦型ホール素子を有するＣＶＨ感知素子２６は、ただしその縦型ホール素子２８は、ほんの一例だけであるが、図１のＣＶＨ感知素子１２と同じ、または類似のものとすることができる。ＣＶＨ感知素子２６は、基板中に共通の埋め込み領域２７を含むことができ、その基板の上に、それぞれが複数の縦型ホール素子のコンタクトを有する、複数の縦型ホール素子が配置される。それぞれの縦型ホール素子、たとえば縦型ホール素子２８は、複数の縦型ホール素子のコンタクト、たとえば５つのコンタクト２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅを含むことができる。
【００５８】
ここで図２Ａを参照すると、円形平面ホール（ＣＰＨ）感知素子３０は、複数の平面ホール素子を含むことができ、その平面ホール素子３４は、ほんの一例にすぎない。平面ホール素子は、基板中の共通の埋め込み領域３２の上に配置することができる。それぞれの平面ホール素子、たとえば平面ホール素子３４は、複数の平面ホール素子のコンタクト、たとえば４つのコンタクト３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを含むことができる。
【００５９】
ここで図２Ｂを参照すると、磁場センサ４０は、磁場感知素子の配列４１を含むことができる。磁場感知素子の配列４１は、図２のＣＶＨ感知素子２６と同じ、または類似のものとすることができるＣＶＨ感知素子４８と、図２ＡのＣＰＨ感知素子３０と同じ、または同様のものとすることができるＣＰＨ感知素子４６とを含むことができる。ＣＶＨ感知素子４８は、複数の縦型ホール素子を含み、ただしその縦型ホール素子４４は、ほんの一例にすぎず、ＣＶＨ感知素子４８は、基板５０上で共通の埋め込み領域４２の上に配置される。また、ＣＰＨ感知素子４６は、複数の平面ホール素子を含み、ただしその平面ホール素子４７は、ほんの一例にすぎず、ＣＰＨ感知素子４６は、また基板５０上で共通の埋め込み領域４２の上に配置される。ＣＰＨ感知素子４６の平面ホール素子のそれぞれの素子が、ＣＶＨ感知素子のコンタクトの間に配置することができる。
【００６０】
磁場センサ４０は、図１の磁場センサ１０のように、以下でより十分に述べるエレクトロニック５２を含むことができ、そのエレクトロニックは、磁場センサ４０が感じる磁場の１つまたは複数の２次元および／または３次元の特性を表す出力信号５２ａを供給することができることを認識されるはずである。たとえば、出力信号５２ａは、ａ）ＣＶＨ感知素子４８の平面において磁場感知素子の配列４１が感じる磁場の成分の方向の角度、ｂ）ＣＶＨ感知素子４８の平面における磁場の成分の大きさ、ｃ）ＣＰＨ感知素子４６の平面に対して垂直方向の磁場の成分の大きさ、ｄ）磁場感知素子の配列４１が感じる磁場の３次元の指示方向、およびｅ）３次元の指示方向に沿った磁場の大きさの１つまたは複数を表す情報を提供することができる。
【００６１】
いくつかの代替実施形態では、ＣＶＨ感知素子４８およびＣＰＨ感知素子４６は、異なる埋め込み領域の上に配置される。いくつかの代替実施形態では、より少ない平面ホール素子があり、平面ホール素子を縦型ホール素子のコンタクトのあらゆるペアの間に配置されない。
【００６２】
上記で述べたように、ＣＶＨ感知素子４８の代わりに仮想線によって任意選択で示す、感知素子の配列４１では、ＣＶＨ感知素子５４は、別の共通の埋め込み領域５６の上に、ＣＰＨ感知素子４６がその上に配置される共通の埋め込み領域４２から分離させて、配置することができる。ＣＶＨ感知素子５４では、簡単化のために、２つの縦型ホール素子のコンタクト、たとえば５８だけが示されている。
【００６３】
ＣＰＨ感知素子４６より直径が小さい共通の埋め込み領域の上に配置される、任意選択のＣＶＨ感知素子５４が、その直径がそれより小さいように示されているが、他の実施形態では、任意選択のＣＶＨ感知素子は、ＣＰＨ感知素子４６より大きい直径を有し、かつ直径がそれより大きい共通の埋め込み領域の上に配置することができる。いくつかの実施形態では、任意選択のＣＶＨ感知素子５４は、ＣＰＨ感知素子４６から基板５０の反対側に配置される。
【００６４】
ここで図３を参照すると、磁場センサ５０は、磁場感知素子の配列５２を含むことができ、それは、図２Ｂの磁場感知素子の配列４１のように、ＣＶＨ感知素子とＣＰＨ感知素子の組み合わせを含むことができる。他の実施形態では、磁場感知素子の配列５２は、図１の磁場感知素子の配列１１と同様のものとすることができる。
【００６５】
発振器５８は、クロック信号５８ａを発生するように構成される。スイッチおよびロジック５６は、磁場感知素子の配列５２に制御信号５６ａを供給するために結合される。ＣＶＨ感知素子のスイッチングおよび制御は、上記に述べたＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２００８０５６５１７号により完全に記載されている。ＣＰＨ感知素子のスイッチングおよび制御は、ＣＶＨ感知素子のそれと同様である。両方は、図７に関して以下でより十分述べる。
【００６６】
バイアス回路５４は、１つまたは複数のバイアス信号５４ａを磁場感知素子の配列５２に供給するように構成される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のバイアス信号５４ａは、電流信号である。
【００６７】
磁場感知素子の配列５２は、磁場感知素子の配列５２の平面（ｘ−ｙ平面）において磁場感知素子の配列５２が感じる磁場の成分の角度および大きさを表す出力信号５２ａを発生するように構成される。また、磁場感知素子の配列５２は、磁場感知素子の配列５２の平面に対して垂直の方向で磁場感知素子の配列５２が感じる磁場の成分の大きさを表す出力信号５２ｂを発生するように構成される。
【００６８】
ｘ−ｙ方向成分回路６０は、信号５２ａを受信するために結合され、磁場感知素子の配列５２の平面において磁場感知素子の配列５２が感じる磁場の成分の角度を表し、そして磁場感知素子の配列５２ａの平面における磁場の成分の大きさを表すことができる信号６０ａを発生するように構成される。ｚ方向成分回路６２は、信号５２ｂを受信するために結合され、磁場感知素子の配列５２の平面に対して垂直の方向で磁場感知素子の配列５２が感じる磁場の成分の大きさを表す信号６２ａを発生するように構成される。
【００６９】
結合プロセッサ６４は、信号６０ａ、６２ａを受信するために結合され、出力信号６４ａを発生するように構成され、その信号は、上記の方向特性のすべてを表す信号になることができる。いくつかの実施形態では、また、出力信号は、また、磁場の３次元の指示方向および／または３次元の指示方向に沿った磁場の大きさを表す、またはその代わりになることができる。
【００７０】
磁場センサ５０の動作は、図４に関して以下でより十分に述べる。
【００７１】
ここで図４を参照すると、磁場センサ１００は、図２Ｂの磁場感知素子の配列４１のように、複数の縦型ホール素子を備えるＣＶＨ感知素子１０４および複数の平面ホール素子を備えるＣＰＨ感知素子１０６を有する磁場感知素子の配列１０２を含む。他の実施形態では、磁場感知素子の配列１０２は、図１の磁場感知素子の配列１１と同様のものとすることができる。
【００７２】
電流源１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、１０８ｄは、電流信号１０８ａａ、１０８ｂａ、１０８ｃａ、１０８ｄａの形態でバイアス信号を磁場感知素子の配列１０２に供給することができる。
【００７３】
発振器１１２は、クロック信号１１２ａを発生することができる。分配器１１４は、クロック信号１１２ａを受信するために結合することができ、分割したクロック信号１１４ａを発生するように構成することができる。スイッチ制御回路１１０は、分割したクロック信号１１４ａを受信するために結合することができ、制御信号１１０ａを発生するように構成することができる。スイッチング回路１１６は、制御信号１１０ａを受信するために結合され、以下でより十分に述べるように、磁場感知素子の配列１０２を動作させるように構成される。
【００７４】
磁場感知素子の配列１０２のＣＶＨ感知素子部１０４の動作は、上記に述べたＰＣＴ公報第ＷＯ２００８／１４５６６２号により完全に記載されている。
【００７５】
磁場感知素子の配列１０２、具体的にはＣＶＨ感知素子１０４は、差動信号１０４ａ、１０４ｂを発生するように構成され、その信号は、複数のいわゆる「ｘ−ｙ出力信号」を含む。また、磁場感知素子の配列１０２、具体的にはＣＰＨ感知素子１０６は、差動信号１０６ａ、１０６ｂを発生するように構成され、その信号は、複数のいわゆる「ｚ出力信号」を含む。
【００７６】
磁場センサ１００は、ｘ−方向成分回路１１８を含むことができ、それは、図３のｘ−ｙ方向成分回路６０と同じ、または類似のものであることができる。ｘ−方向成分回路１１８は、増幅器１２０を含むことができ、その増幅器は、差動信号１０４ａ、１０４ｂを受信するために結合され、かつ増幅した信号１２０ａ（また、本明細書では第１の中間信号として言う）を発生するように構成される。帯域通過フィルタ１２２は、増幅した信号１２０ａを受信するために結合され、フィルタリングした信号１２２ａを発生するように構成される。ヒステリシスがない、またはそれを有する比較器１２６は、フィルタリングした信号１２２ａを受信するために結合される。また、比較器１２６は、閾値信号１２４を受信するために結合される。比較器１２６は、フィルタリングした信号１２２ａと閾値信号１２４の間の比較に応答して、閾値信号１２６ａを発生するように構成される。
【００７７】
また、ｘ−ｙ方向成分回路１１８は、イネーブル入力で閾値信号１２６ａを受信するために結合されるカウンタ１２８を含むことができる。
【００７８】
また、発振器１１２は、クロック信号１１２ｂおよび１１２ｃを発生するように構成される。分配器１１３は、クロック信号１１２ｃを受信するために結合され、別の分割したクロック信号１１３ａを発生するように構成される。
【００７９】
カウンタ１２８は、クロック入力でクロック信号１１２ｂを受信するために結合され、リセット入力で分割したクロック信号１１３ａを受信するために結合される。
【００８０】
動作の際、カウンタ１２８は、カウント信号１２８ａを発生するように構成され、その信号は、閾値信号１２６ａと分割したクロック信号１１３ａの間の位相差を表すマルチビットのデジタル信号である。それゆえ、カウント信号１２８ａは、ＣＶＨ感知素子１０４の平面においてＣＶＨ感知素子１０４が感じる磁場の成分の方向の角度を表し、その平面は、また、本明細書でｘ−ｙ平面として言う。
【００８１】
また、ｘ−ｙ方向成分回路１１８は、カウント信号１２８ａを受信するために結合され、ラッチした信号１３０ａを発生するように構成されるラッチ１３０を含むことができ、そのラッチした信号は、カウント信号１２８ａのように、ＣＶＨ感知素子１０４のｘ−ｙ平面においてＣＶＨ感知素子１０４が感じる磁場の成分の方向の角度を表す。
【００８２】
また、ｘ−ｙ方向成分回路１１８は、振幅検出回路を含むことができる。振幅検出回路は、フィルタリングした信号１２２ａを受信するために結合され、整流した信号１３２ａを発生するように構成される整流器１３２を含むことができる。また、振幅検出回路は、整流した信号１３２ａを受信するために結合され、低域通過でフィルタリングした信号１３４ａを発生するように構成される低域通過フィルタ１３４を含むことができる。アナログ／デジタル変換器１３６は、低域通過でフィルタリングした信号１３４ａを受信するために結合し、信号１３６ａを発生するように構成することができ、その信号は、ｘ−ｙ平面においてＣＶＨ感知素子１０４が感じる磁場の成分の大きさを表す。また、他の回路の接続形態（トポロジー、topology）−は、振幅を検出するために使用することができる。
【００８３】
また、磁場センサ１００は、差動信号１０６ａ、１０６ｂを受信するために結合される増幅器１４０を有するｚ方向成分回路１３８を含むことができる。増幅器１４０は、増幅した信号１４０ａ（また、本明細書では第２の中間信号として言う）を発生するように構成される。低域通過フィルタ１４２は、増幅した信号１４０ａを受信するために結合され、フィルタリングした信号１４２ａを発生するように構成される。アナログ／デジタル変換器１４４は、フィルタリングした信号１４２ａを受信するために結合され、ｚ大きさ信号１４４ａを発生するように構成され、その信号は、ｘ−ｙ平面に対して垂直の方向でＣＰＨ感知素子１０６が感じる磁場の成分の大きさを表す。また、他の回路の接続形態は、ｚ−大きさを検出するために使用することができる。
【００８４】
信号１３６ａ、１３０ａ、１４４ａは、結合プロセッサ、たとえば図３の結合プロセッサ６４に供給することができる。いくつかの実施形態では、結合プロセッサは、信号１３０ａ、１３６ａ、１４４ａの１つまたは複数を、磁場センサの外部回路に伝えるための標準フォーマットに、フォーマッティングするように構成される。フォーマットは、ただしこれらに限定されないが、ＳＥＮＴフォーマット、Ｉ２Ｃフォーマットまたはパルス幅変調（ＰＷＭ）フォーマットを含む、様々なフォーマットの１つとすることができる。他の実施形態では、結合プロセッサは、さらに、３次元で磁場の指示方向、たとえばｘ−ｙ平面に対する角度を表す信号、または３次元の指示方向に沿った磁場信号の大きさを表す信号の１つまたは複数を発生するために、信号１３０ａ、１３６ａ、１４４ａを処理するように構成される。また、これらの信号は、上記に述べた信号での通信のための上記の標準フォーマットの１つに置き換える、または上記に述べた信号の代わりにすることができる。
【００８５】
ここで図５を参照すると、グラフ１５０の水平軸は、単位が、図４のＣＶＨ感知素子１０４のまわりの縦型ホール素子の位置を表している。縦型ホール素子の位置は、図７に関して以下でより十分に議論する。図７に関する以下の議論から理解されるはずのように、例示的な実施形態では、ＣＶＨ感知素子１０４中に６４個の縦型ホール素子のコンタクトおよびＣＶＨ感知素子１０４中に対応する６４個の縦型ホール素子を存在させることができる。
【００８６】
また、グラフ１５０では、４つの異なる信号１５２、１５４、１５６、１５８に対応する４つの異なる範囲中で電圧の単位を有する垂直軸を含む。
【００８７】
信号１５２は、図４のクロック信号１１２ｂを表す。信号１５４は、図４の分割したクロック信号１１３ａを表す。信号１５６は、図４の増幅した信号１２０ａを表す。信号１５８は、図４のフィルタリングした信号１２２ａを表す。
【００８８】
信号１５４は、磁場の方向に関して位相が変化しない固定の基準信号であることを理解すべきである。しかし、信号１５６および１５８は、対応するＣＶＨ感知素子の平面における磁場の方向に関して、まさに位相が変化する。信号１５４の位相と信号１５６、１５８のそれとの間の位相差は、ＣＶＨ感知素子の平面における磁場の角度を表す。
【００８９】
信号１５８から、ＣＶＨ感知素子１０４内の縦型ホール素子の異なる素子によって、磁場の存在する中でゼロに対して異なる振幅が、そのとき信号に与えられることを理解することができる。最大の負信号は、縦型ホール素子の位置番号２４のところで達成され、最大の正信号は、縦型ホール素子の位置番号５６のところで達成される。信号１５８の位相、すなわち最大および最小の感知素子の位置は、ＣＶＨ感知素子１０４の平面においてＣＶＨ感知素子１０４が感じる磁場の成分の方向の角度に関連している（図４）。それゆえ、磁場の他の角度については、位相が異なることになり、最大および最小（および、また、ゼロ交差）は、異なる縦型ホール素子の位置で生じることになる。
【００９０】
信号１５６に関して、信号１５６の不規則な上下の偏位が、ＣＶＨ感知素子１０４の縦型ホール素子の間で変化するＤＣオフセット信号を表す。このオフセット電圧は、望ましくない。
【００９１】
信号１５８の大きさＢｘｙが、ＣＶＨ感知素子１０４の平面において図４のＣＶＨ感知素子１０４が感じる磁場の成分の大きさを表す。
【００９２】
ここで図６を参照すると、グラフ１７０の水平軸は、単位が、図４のＣＰＨ感知素子１０６のまわりの平面ホール素子の位置を表している。図７に関する以下の議論から理解されるはずであるように、例示の実施形態では、ＣＰＨ感知素子１０６中に６４個の平面ホール素子およびＣＰＨ感知素子１０６中に２５６個の平面ホール素子のコンタクトを存在させることができる。
【００９３】
また、グラフ１７０は、３つの異なる信号１７２、１７４、１７６に対応する３つの異なる範囲中でボルトの単位を有する垂直軸を含む。
【００９４】
信号１７２は、図５の信号１５２のように、図４のクロック信号１１２ｂを表す。信号１７４は、図４の増幅した信号１４０ａを表す。信号１７６は、図４のフィルタリングした信号１４２ａを表す。
【００９５】
信号１７６の大きさＢｚは、ＣＰＨ感知素子１０６の平面に対して垂直の方向でＣＰＨ感知素子１０６が感じる磁場の成分の大きさを表す。
【００９６】
ここで図７を参照すると、磁場センサ２００は、磁場感知素子の配列２０１を含む。磁場感知素子の配列２０１は、基板２０８の表面中に円形埋め込み領域２０２を含む。複数の縦型ホール素子は、その縦型ホール素子２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃが例であり、複数の縦型ホール素子は、円形埋め込み領域２０２上に配置される。それぞれの縦型ホール素子は、複数のホール素子のコンタクト（たとえば４つ、または５つのコンタクト）を有し、その縦型ホール素子のコンタクト２０４ａａは、ほんの一例にすぎない。
【００９７】
ＣＶＨ感知内の特定の縦型ホール素子（たとえば２０４ａ）は、たとえば５つの隣接するコンタクトを有することができ、いくつか、たとえばその５つのコンタクトの４つを次の縦型ホール素子（たとえば２０４ｂ）と共有することができる。それゆえ、次の縦型ホール素子２０４ｂは、前の縦型ホール素子から１つのコンタクト分だけ変位させることができる。１つのコンタクト分のそのような変位のために、縦型ホール素子の数が、縦型ホール素子のコンタクトの数、たとえば６４と等しいことが理解されよう。しかし、また、次の縦型ホール素子は、前の縦型ホール素子から２つ以上のコンタクト分だけ変位させることができ、その場合、ＣＶＨ感知素子中に存在する縦型ホール素子のコンタクトより少ない縦型ホール素子が存在することをも理解されよう。
【００９８】
例示的なＣＶＨ感知素子では、６４個の縦型ホール素子および６４個の縦型ホール素子のコンタクトが存在する。しかし、ＣＶＨは、６４個より多い、またはそれより少ない縦型ホール素子、および６４個より多い、またはそれより少ない縦型ホール素子のコンタクトを有することができる。
【００９９】
磁場感知素子の配列２０１は、図２Ｂの磁場感知素子の配列４１のように、また、複数の平面ホール素子、たとえば平面ホール素子２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄ、２０６ｅを含むことができる。
【０１００】
それぞれの平面ホール素子は、たとえば４つのコンタクトを有することができ、それらは、ドットで表されている。いくつかの実施形態では、平面ホール素子のコンタクトは、基本的に共有される。たとえば、一実施形態では、第１の平面ホール素子２０６ａは、４つのコンタクトを有する。次の平面ホール素子２０６ｂは、平面ホール素子２０６ａのコンタクトの２つを共有する。次の平面ホール素子２０６ｃは、平面ホール素子２０６ｂのコンタクトの２つを共有する、他も同様である。
【０１０１】
他の実施形態では、隣接する平面ホール素子のコンタクトは、共有されない。たとえば、第１の平面ホール素子２０６ａは、次の平面ホール素子２０６ｃとコンタクトを全く共有しなくてもよい。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、それぞれの縦型ホール素子（たとえば５つの縦型ホール素子のコンタクト）は、チョップされる。チョッピングは、もっとも頻繁には４つの構成で、一度に１つ、４つの構成を表す出力信号を連続的に縦型ホール素子から供給するように縦型ホール素子のコンタクトに対する電流駆動信号を再構成し、かつ縦型ホール素子の出力信号のコンタクトを再構成する、スイッチング構成であると理解されよう。チョッピングは、図５の信号１５６と関して上記で議論した縦型ホール素子のオフセット電圧の作用を減少させることになる傾向がある。
【０１０３】
同様に、いくつかの実施形態では、それぞれの平面ホール素子（たとえば４つの平面ホール素子のコンタクト）が、同じ利点を得るためにチョップされる。しかし、他の実施形態では、チョッピングは使用されず、その場合、駆動および出力のコンタクトの１つだけの構成が、それぞれの縦型または平面のホール素子について使用される。
【０１０４】
上記のＣＶＨおよびＣＰＨの感知素子中の６４個の縦型ホール素子および６４個の平面ホール素子を述べたが、等しくない数の縦型ホール素子を有する実施形態を含んで、６４個より多い、またはそれより少ない、どちらのタイプのホール素子も上記に述べた磁場感知素子の配列中に存在させることができることを理解されよう。
【０１０５】
本明細書に引用する参考文献のすべては、参照によってその全体を本明細書に援用する。好ましい実施形態を述べてきたが、それは、様々な概念、構造および技法を例示するのに役立ち、それらは、本特許の主題であり、ここで、これらの概念、構造および技法が援用された他の実施形態を使用することができることは、当業者には明らかになろう。したがって、本特許の範囲は、述べた実施形態に限定すべきでなく、むしろ次の請求項の趣旨および範囲によってのみ限定すべきであると考える。
【図１】
0006045592.tif 000002
【図２】
0006045592.tif 000003
【図２Ａ】
0006045592.tif 000004
【図２Ｂ】
0006045592.tif 000005
【図３】
0006045592.tif 000006
【図４】
0006045592.tif 000007
【図５】
0006045592.tif 000008
【図６】
0006045592.tif 000009
【図７】
0006045592.tif 000010