(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ホール起電力信号を出力する第１ホール素子と、第２ホール起電力信号を出力する第２ホール素子とを有し、第１軸方向の磁場を検出する第１ホール素子対と、
第３ホール素子と第４ホール素子とを有し、前記第１軸方向と異なる第２軸方向の磁場を検出する第２ホール素子対と、
前記第１ホール素子と前記第２ホール素子とをマッチングする第１信号出力部と
を備え、
前記第１信号出力部は、
前記第１ホール素子を駆動させる第１駆動信号を生成する第１駆動信号生成部と、
前記第２ホール素子を駆動させる第２駆動信号を生成する第２駆動信号生成部と
前記第１駆動信号を前記第１ホール素子に入力し、且つ、前記第２駆動信号を前記第２ホール素子に入力する第１供給パス、または、前記第１駆動信号を前記第２ホール素子に入力し、且つ、前記第２駆動信号を前記第１ホール素子に入力する第２供給パスを選択する第１スイッチ部と、
第１入力部、第２入力部及び第１合成部を有し、前記第１合成部において、前記第１入力部に入力された信号と前記第２入力部に入力された信号とを合成する第１増幅部と、
前記第１ホール起電力信号を前記第１入力部に入力し、且つ、前記第２ホール起電力信号を前記第２入力部に入力する第１伝達パス、または、前記第１ホール起電力信号を前記第２入力部に入力し、且つ、前記第２ホール起電力信号を前記第１入力部に入力する第２伝達パスを選択する第２スイッチ部と、
前記第２ホール起電力信号の信号極性を切り替える第３スイッチ部と、
前記第１スイッチ部、前記第２スイッチ部及び前記第３スイッチ部のスイッチングを制御する第１スイッチ制御部と
を備え、
前記第１スイッチ制御部は、
第１期間において、前記第１供給パス及び前記第１伝達パスを選択するように前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御し、
第２期間において、前記第２供給パス及び前記第２伝達パスを選択するように前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御し、
前記第１期間及び前記第２期間において、前記第２ホール起電力信号を第１信号極性に切り替えるように前記第３スイッチ部を制御し、
第３期間において、前記第１供給パス及び前記第１伝達パスを選択するように前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御し、
第４期間において、前記第２供給パス及び前記第２伝達パスを選択するように前記第１スイッチ部及び前記第２スイッチ部を制御し、
前記第３期間及び前記第４期間において、前記第２ホール起電力信号を前記第１信号極性と異なる第２信号極性に切り替えるように前記第３スイッチ部を制御する磁気センサ。
【請求項２】
前記第１入力部は、前記第１ホール起電力信号または前記第２ホール起電力信号を第１電流信号に変換する第１トランスコンダクタを有し、
前記第２入力部は、前記第１ホール起電力信号または前記第２ホール起電力信号を第２電流信号に変換する第２トランスコンダクタを有し、
前記第１合成部は、前記第１電流信号と前記第２電流信号とを加算する
請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１ホール素子対は、前記第１軸方向及び前記第２軸方向と直交する第３軸方向の磁場に感度を有し、
前記第１増幅部は、
前記第１軸方向の磁場検出期間において、前記第１電流信号の絶対値と前記第２電流信号の絶対値の差に応じた信号を出力し、
前記第３軸方向の磁場検出期間において、前記第１電流信号の絶対値と前記第２電流信号の絶対値の和に応じた信号を出力する
請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第１スイッチ制御部は、
前記第１軸方向の磁場検出期間において、前記第１期間及び前記第２期間を含む期間を少なくとも１周期含むように、前記第１スイッチ部、前記第２スイッチ部及び前記第３スイッチ部のスイッチングを制御する
請求項３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記第１スイッチ制御部は、
前記第３軸方向の磁場検出期間において、前記第３期間及び前記第４期間を含む期間を少なくとも１周期含むように、前記第１スイッチ部、前記第２スイッチ部及び前記第３スイッチ部のスイッチングを制御する
請求項３又は４に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第３ホール素子は、第３ホール起電力信号を出力し、
前記第４ホール素子は、第４ホール起電力信号を出力し、
前記第３ホール素子と前記第４ホール素子とをマッチングする第２信号出力部と
をさらに備える
請求項２から５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記第２信号出力部は、
前記第３ホール素子を駆動させる第３駆動信号を生成する第３駆動信号生成部と、
前記第４ホール素子を駆動させる第４駆動信号を生成する第４駆動信号生成部と
前記第３駆動信号を前記第３ホール素子に入力し、且つ、前記第４駆動信号を前記第４ホール素子に入力する第３供給パス、または、前記第３駆動信号を前記第４ホール素子に入力し、且つ、前記第４駆動信号を前記第３ホール素子に入力する第４供給パスを選択する第４スイッチ部と
を備える請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記第２信号出力部は、
第３入力部、第４入力部及び第２合成部を有し、前記第２合成部において、前記第３入力部に入力された信号と前記第４入力部に入力された信号とを合成する第２増幅部と、
前記第３ホール起電力信号を前記第３入力部に入力し、且つ、前記第４ホール起電力信号を前記第４入力部に入力する第３伝達パス、または、前記第３ホール起電力信号を前記第４入力部に入力し、且つ、前記第４ホール起電力信号を前記第３入力部に入力する第４伝達パスを選択する第５スイッチ部と
をさらに備える請求項７に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第４ホール起電力信号の信号極性を切り替える第６スイッチ部と、
前記第４スイッチ部、前記第５スイッチ部及び前記第６スイッチ部のスイッチングを制御する第２スイッチ制御部と、
を備え、
前記第２スイッチ制御部は、
前記第１期間において、前記第３供給パス及び前記第３伝達パスを選択するように前記第３スイッチ部及び前記第４スイッチ部を制御し、
前記第２期間において、前記第４供給パス及び前記第４伝達パスを選択するように前記第３スイッチ部及び前記第４スイッチ部を制御し、
前記第１期間及び前記第２期間において、前記第４ホール起電力信号を第３信号極性に切り替えるように前記第６スイッチ部を制御し、
前記第３期間において、前記第３供給パス及び前記第３伝達パスを選択するように前記第３スイッチ部及び前記第４スイッチ部を制御し、
前記第４期間において、前記第４供給パス及び前記第４伝達パスを選択するように前記第３スイッチ部及び前記第４スイッチ部を制御し、
前記第３期間及び前記第４期間において、前記第４ホール起電力信号を前記第３信号極性と異なる第４信号極性に切り替えるように前記第６スイッチ部を制御する
請求項８に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第３入力部は、前記第３ホール起電力信号または前記第４ホール起電力信号を第３電流信号に変換する第３トランスコンダクタを有し、
前記第４入力部は、前記第３ホール起電力信号または前記第４ホール起電力信号を第４電流信号に変換する第４トランスコンダクタを有し、
前記第２合成部は、前記第３電流信号と前記第４電流信号とを加算する
請求項８又は９に記載の磁気センサ。
【請求項１１】
前記第２ホール素子対は、前記第１軸方向及び前記第２軸方向と直交する第３軸方向の磁場に感度を有し、
前記第２増幅部は、
前記第２軸方向の磁場検出期間において、前記第３電流信号の絶対値と前記第４電流信号の絶対値の差に応じた信号を出力し、
前記第３軸方向の磁場検出期間において、前記第３電流信号の絶対値と前記第４電流信号の絶対値の和に応じた信号を出力する
請求項１０に記載の磁気センサ。
【請求項１２】
平面視で、前記第１ホール素子の中心と前記第２ホール素子の中心とを結ぶ直線が、前記第３ホール素子の中心と前記第４ホール素子の中心とを結ぶ直線と直交するように半導体基板上に配置される
請求項７から１１のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ軸方向に配置された第１ホール素子対とＹ軸方向に配置された第２ホール素子対とを備え、３軸方向の磁場を検出する磁気センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、磁気センサの駆動方法として、駆動電流の方向を切り替えることによりオフセット電圧をキャンセルするスピニングカレント法が知られている。
特許文献１  特開２００２−７１３８１号公報
特許文献２  特開２００８−２９２４６６号公報
特許文献３  米国特許第８１７９１９５号明細書
非特許文献１  Ｒ．Ｓ．  Ｐｏｐｏｖｉｃ著、「Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」、Ｉｎｓｔ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｐｕｂ  Ｉｎｃ、２００３年１２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の磁気センサでは、３軸方向の各磁場ベクトルをホール起電力信号ベクトルに磁電変換する場合に他軸感度が発生する。他軸感度が発生すると、従来の磁気センサでは精度よく３軸方向の磁場を検出できない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１ホール起電力信号を出力する第１ホール素子と、第２ホール起電力信号を出力する第２ホール素子とを有し、第１軸方向の磁場を検出する第１ホール素子対と、第３ホール素子と第４ホール素子とを有し、第１軸方向と異なる第２軸方向の磁場を検出する第２ホール素子対と、第１ホール素子と第２ホール素子とをマッチングする第１信号出力部とを備える磁気センサを提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ホールセンサ１００の構成の一例を示す。
【図２】第１ホール素子対１１における磁束密度ベクトルの一例を示す。
【図３】第１ホール素子対１１における磁束密度ベクトルの一例を示す。
【図４】磁気センサ５００の構成の一例を示す。
【図５Ａ】スピニングカレントクロック位相φ１における接続を示す。
【図５Ｂ】スピニングカレントクロック位相φ２における接続を示す。
【図６】本願明細書に係る発明の前提となる磁気センサ５００の構成の一例を示す。
【図７Ａ】第１オペアンプ７０の具体的な構成の一例を示す。
【図７Ｂ】第２オペアンプ７５の具体的な構成の一例を示す。
【図８】図８（ａ）は、磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）の一例を示す。図８（ｂ）は、ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）の一例を示す。
【図９】非直交性誤差に起因した角度非線形性誤差を示す。
【図１０Ａ】本実施形態に係るＸチャネル５０１の構成の一例を示す。
【図１０Ｂ】本実施形態に係るＹチャネル５０２の構成の一例を示す。
【図１１】第１信号出力部２０１、第２信号出力部２０２の信号処理の一例を示す。
【図１２】Ｘチャネル５０１における磁場検出動作の一例を示す。
【図１３】スピニングカレント法による信号処理動作の一例を示す。
【図１４】増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈのスペクトルの一例を示す。
【図１５】復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのスペクトルの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。
【０００８】
図１は、ホールセンサ１００の構成の一例を示す。ホールセンサ１００は、基板１０、磁気収束板２０、第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２を備える。ホールセンサ１００は、３軸方向の磁場Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を検出する。
【０００９】
基板１０は、半導体回路及び半導体素子等を含むＩＣ基板である。本例の基板１０はシリコンで形成される。基板１０には、第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２が形成される。また、基板１０の上方には磁気収束板２０が形成される。基板１０と磁気収束板２０との間には、絶縁膜が設けられてよい。基板１０の一方の表面を、Ｘ軸及びＹ軸を有するＸＹ面とし、ＸＹ面に垂直な軸をＺ軸とする。Ｘ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交する座標系である。
【００１０】
磁気収束板２０は、ホールセンサ１００に入力された磁場Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を、予め定められた方向に曲げる。これにより、第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２に、Ｚ軸方向の磁束密度ベクトルを形成する。磁気収束板２０は、基板１０のＸＹ面の上方に設けられる。本例の磁気収束板２０は、磁性材料等を用いて、円盤形状に形成される。磁気収束板２０は、中心がＺ軸に貫かれるように配置される。
【００１１】
第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２は、磁気収束板２０の外周部付近に配置される。第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２は、ＸＹ平面に感磁面を有し、Ｚ軸方向の磁束密度ベクトルを検出する。第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２は、任意の半導体プロセスを用いて基板１０上に形成される。第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２は、当該基板１０に形成された回路等とそれぞれ接続される。
【００１２】
第１ホール素子対１１は、磁場のＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚを検出する。第１ホール素子対１１は、Ｘ軸と平行に形成された第１ホール素子１１２と第２ホール素子１１４とを有する。
【００１３】
第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４は、基板１０上において、原点に対して点対称に配置される。第１ホール素子１１２はＸ軸の負側に形成され、第２ホール素子１１４はＸ軸の正側に配置される。なお、本例の第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４の形状は、十字型であるが、スクエア型等の他の形状であってよい。
【００１４】
第２ホール素子対１２は、磁場のＹ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚの磁場を検出する。第２ホール素子対１２は、Ｙ軸と平行に形成された第３ホール素子１２２と第４ホール素子１２４とを有する。
【００１５】
第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４は、基板１０上において、原点に対して点対称に配置される。第３ホール素子１２２はＹ軸の負側に形成され、第４ホール素子１２４はＹ軸の正側に配置される。なお、本例の第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４の形状は、十字型であるが、スクエア型等の他の形状であってよい。
【００１６】
第１ホール素子１１２は、磁気収束板２０により曲げられた磁場Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）に応じた磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を検出する。磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、第１ホール素子１１２の位置における透磁率Ｍｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を用いて次式で示される。なお、透磁率Ｍｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、２階のテンソル（３行３列の行列）となる。
【数１】
0006502707.tif 000002
【００１７】
第２ホール素子１１４は、磁気収束板２０により曲げられた磁場Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）に応じた磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を検出する。磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、第２ホール素子１１４の位置における透磁率Ｍｕ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を用いて、次式で示される。
【数２】
0006502707.tif 000003
【００１８】
ここで、第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４においては、磁場のＹ成分Ｈｙに対する感度がほぼゼロである。つまり、第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４の検出する磁束密度ベクトルには、磁場のＹ成分Ｈｙに比例する項が含まれない。よって、第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４の検出する磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）及び磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、次式で示される。
【数３】
0006502707.tif 000004
【００１９】
一方、第２ホール素子対１２についても、第１ホール素子対１１と同様に考えることができる。即ち、第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４は、それぞれ磁場のＹ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚを検出できる。第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４においては、磁場のＸ成分Ｈｘに対する感度がほぼゼロである。つまり、第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４の検出する磁束密度ベクトルには、磁場のＸ成分Ｈｘに比例する項が含まれない。よって、第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４の検出する磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）及び磁束密度ベクトルＢ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）は、次式で示される。
【数４】
0006502707.tif 000005
【００２０】
以上の通り、第１ホール素子対１１は、磁場のＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚを検出し、第２ホール素子対１２は、磁場のＹ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚを検出する。よって、ホールセンサ１００は、第１ホール素子対１１及び第２ホール素子対１２を組み合わせることにより、３軸方向の磁場Ｈ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を検出できる。
【００２１】
図２は、第１ホール素子対１１における磁束密度ベクトルの一例を示す。本例の第１ホール素子対１１には、Ｘ軸方向の磁場ベクトルＨ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）が印加される。
【００２２】
磁気収束板２０の透磁率は、磁気収束板２０が磁性材料等によって形成されるので、空気の透磁率と比較して高くなる。よって、磁気収束板２０内の磁束密度は、空気中の磁束密度と比較して高くなる。そのため、磁気収束板２０の外周付近に配置された第１ホール素子対１１の磁束密度も高くなる。例えば、入力磁場Ｈｘが印加された場合の、第１ホール素子１１２の位置における透磁率Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、空気の透磁率μと比較して、１．４倍程度高くなる。したがって、透磁率Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、以下の式で示される。
【数５】
0006502707.tif 000006
【００２３】
同様に、入力磁場Ｈｘが印加された場合の、第２ホール素子１１４の位置における透磁率Ｍｕ，ｚｘ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、磁束密度ベクトルの向きに注意すると、以下の式で示される。
【数６】
0006502707.tif 000007
【００２４】
図３は、第１ホール素子対１１における磁束密度ベクトルの一例を示す。本例の第１ホール素子対１１には、Ｘ軸方向の磁場ベクトルＨ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）が印加される。
【００２５】
Ｘ軸方向の磁場ベクトルＨ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）が印加される場合と同様に、磁気収束板２０内の磁束密度は、空気中の磁束密度と比較して高くなる。そのため、磁気収束板２０の外周付近に配置された第１ホール素子対１１の磁束密度も高くなる。例えば、入力磁場Ｈｚが印加された場合の、第１ホール素子１１２の位置における透磁率Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、空気の透磁率μと比較して、１．１倍程度高くなる。したがって、透磁率Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、以下の式で示される。
【数７】
0006502707.tif 000008
【００２６】
同様に、入力磁場Ｈｚが印加された場合の、第２ホール素子１１４の位置における透磁率Ｍｕ，ｚｚ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、磁束密度ベクトルの向きに注意すると、以下の式で示される。
【数８】
0006502707.tif 000009
【００２７】
図４は、磁気センサ５００の構成の一例を示す。磁気センサ５００は、ホールセンサ１００が検出した信号に基づいて磁場を検出する。磁気センサ５００は、Ｘチャネル５０１及びＹチャネル５０２を備える。
【００２８】
Ｘチャネル５０１は、第１ホール素子対１１に接続された第１信号出力部２０１を備える。Ｘチャネル５０１は、第１ホール素子対１１を駆動させ、且つ、第１ホール素子対１１の出力するホール起電力信号を処理する。第１信号出力部２０１は、第１ホール素子対１１をマッチングする。第１ホール素子対１１のマッチングには、第１ホール素子１１２の駆動回路と第２ホール素子１１４の駆動回路とのマッチング、及び、第１ホール素子１１２の信号処理回路と第２ホール素子１１４の信号処理回路とのマッチングの２種類のマッチングが含まれる。
【００２９】
第１信号出力部２０１は、第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４の駆動に関する回路を周期的に入れ替えるＤＥＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）動作によって、第１ホール素子対１１をマッチングする。また、第１信号出力部２０１は、第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４の出力の信号処理に関する回路を周期的に入れ替えるＤＥＭ動作によって、第１ホール素子対１１をマッチングする。
【００３０】
Ｙチャネル５０２は、第２ホール素子対１２に接続された第２信号出力部２０２を備える。Ｙチャネル５０２は、第２ホール素子対１２を駆動させ、且つ、第２ホール素子対１２の出力するホール起電力信号を処理する。第２信号出力部２０２は、第２ホール素子対１２をマッチングする。第２ホール素子対１２のマッチングには、第３ホール素子１２２の駆動回路と第４ホール素子１２４の駆動回路とのマッチング、及び、第３ホール素子１２２の信号処理回路と第４ホール素子１２４の信号処理回路とのマッチングの２種類のマッチングが含まれる。
【００３１】
第２信号出力部２０２は、第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４の駆動に関する回路を周期的に入れ替えるＤＥＭ動作によって、第２ホール素子対１２をマッチングする。また、第２信号出力部２０２は、第３ホール素子１２２及び第４ホール素子１２４の出力の信号処理に関する回路を周期的に入れ替えるＤＥＭ動作によって、第２ホール素子対１２をマッチングする。
【００３２】
図５Ａ及び図５Ｂは、スピニングカレント法（非特許文献１）によるオフセットキャンセルの方法を説明するための図である。図５Ａは、スピニングカレントクロック位相φ１での接続例を示す。図５Ｂは、スピニングカレントクロック位相φ２での接続例を示す。本例では、第１ホール素子１１２（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を用いたスピニングカレント法について説明を行っているが、その他のホール素子についても同様にあてはまる。
【００３３】
第１ホール素子１１２は、駆動電流が入力される入力端子対と、磁束密度Ｂに応じたホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を検出する出力端子対を有する。ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）には、ホール起電力信号成分及びオフセット信号Ｖｏｓの成分が含まれる。
【００３４】
ホール起電力信号成分は、ホール効果によって、外部磁場による磁束の方向及び駆動電流の流れる方向と垂直な方向に発生する。ホール起電力信号成分に基づいて、磁束密度Ｂの大きさが検出される。
【００３５】
オフセット信号Ｖｏｓは、第１ホール素子１１２の製造ばらつき等により、磁束密度Ｂがゼロの場合であっても生じる信号である。オフセット信号Ｖｏｓを除去することにより、磁束密度Ｂの大きさが精度よく検出される。スピニングカレント法では、入力端子対と出力端子対とが、スピニングカレントクロック位相φ１、φ２間で交互に入れ替えられる。これにより、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）が変調されて、ホール起電力信号成分とオフセット信号Ｖｏｓの成分とが周波数軸上で分離される。したがって、スピニングカレント法を用いた第１ホール素子１１２の駆動により、オフセット信号Ｖｏｓを除去できる。
【００３６】
第１ホール素子１１２は、スピニングカレントクロック位相φ１において、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１_φ１）を出力する。第１ホール素子１１２は、スピニングカレントクロック位相φ２において、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１_φ２）を出力する。スピニングカレントクロック位相φ１における駆動電流の方向は、スピニングカレントクロック位相φ２における駆動電流の方向と９０度異なる。
【００３７】
ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の極性は、駆動電流の方向に対するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の極性のとり方によって決まる。＋側及び−側は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を、後段の回路に入力して検出する際の極性の取り方を含めて示す。例えば、スピニングカレントクロック位相φ１において、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の＋側は、駆動電流の流れる方向に対して右側の端子に対応する。また、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の−側は、駆動電流の流れる方向に対して左側の端子に対応する。一方、スピニングカレントクロック位相φ２において、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の＋側は、駆動電流の流れる方向に対して左側の端子に対応する。また、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の−側は、駆動電流の流れる方向に対して右側の端子に対応する。これにより、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１_φ１）は、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１_φ２）の極性と異なる。
【００３８】
ここで、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の導出方法について説明する。第１ホール素子１１２において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、以下の式で表される。
【数９】
0006502707.tif 000010
【００３９】
また、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、第１ホール素子１１２の定電流磁気感度ＳＩ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と、第１ホール素子１１２を駆動する駆動電流Ｉｂｉａｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）の積となる。即ち、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、下記の式により表される。
【数１０】
0006502707.tif 000011
【００４０】
同様に、第２ホール素子１１４において発生するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、以下の式で表される。
【数１１】
0006502707.tif 000012
【００４１】
また、第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、第２ホール素子１１４の定電流磁気感度ＳＩ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）と、第２ホール素子１１４を駆動する駆動電流Ｉｂｉａｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との積となる。即ち、第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、下記の式により表される。
【数１２】
0006502707.tif 000013
【００４２】
第１ホール素子１１２及び第２ホール素子１１４が理想的に形成された場合、第１ホール素子１１２の定電流磁気感度ＳＩ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と第２ホール素子１１４の定電流磁気感度ＳＩ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）とが等しくなる。この場合、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との関係は、駆動電流Ｉｂｉａｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と駆動電流Ｉｂｉａｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との関係に依存する。よって、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）とには、駆動電流のばらつきに起因するミスマッチが生じる。
【００４３】
図６は、本願明細書に係る発明の前提となる磁気センサ５００の構成の一例を示す。本例では、Ｘチャネル５０１及びＹチャネル５０２のより具体的な構成を示す。
【００４４】
Ｘチャネル５０１は、第１カレントスイッチ３１、第２カレントスイッチ３２、第１極性切替回路５１、第１オペアンプ７０及び第１フィードバック回路８１を備える。Ｘチャネル５０１は、第１ホール素子対１１の出力するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の対に基づいた増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈを出力する。
【００４５】
第１カレントスイッチ３１は、第１ホール素子１１２のスピニングカレント駆動を制御する。また、第１カレントスイッチ３１は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を、差分信号として第１オペアンプ７０に出力する。
【００４６】
第２カレントスイッチ３２は、第２ホール素子１１４のスピニングカレント駆動を制御する。また、第２カレントスイッチ３２は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を、差分信号として第１極性切替回路５１に出力する。
【００４７】
第１極性切替回路５１は、第２カレントスイッチ３２が出力するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の極性を切り替える。極性の切替とは、差分信号として出力されたホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を入れ替えることを指す。第１極性切替回路５１は、極性が切り替えられたホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を第１オペアンプ７０に出力する。
【００４８】
第１オペアンプ７０は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）及び第１極性切替回路５１を介したホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）に基づいて、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを出力する。また、第１オペアンプ７０は、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを第１フィードバック回路８１にも出力する。
【００４９】
第１フィードバック回路８１は、入力された増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈに基づいたフィードバック信号Ｖｆｂ，Ｘｃｈを生成する。フィードバック信号Ｖｆｂ，Ｘｃｈは、信号増幅率が１＋Ｒ２／Ｒ１となるように制御される。第１フィードバック回路８１は、生成したフィードバック信号Ｖｆｂ，Ｘｃｈを第１オペアンプ７０に出力する。
【００５０】
増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈは、磁場のＸ成分Ｈｘ及びＺ成分Ｈｚに関する信号成分を含む。例えば、増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈは、第１ホール素子対１１の出力するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の対の間で、２つの演算式（差信号、和信号）を取ることにより生成され、２次元のホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｚ，Ｘｃｈ）で表される。
【００５１】
ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ，Ｘｃｈは、第１ホール素子対１１により検出される磁場のＸ成分Ｈｘに対応する。磁場のＸ成分Ｈｘは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の差信号を取り、磁場のＺ成分Ｈｚの項をキャンセルすることにより算出される。
【００５２】
ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈは、第１ホール素子対１１により検出される磁場のＺ成分Ｈｚに対応する。磁場のＺ成分Ｈｚは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の和信号を取り、磁場のＸ成分Ｈｘの項をキャンセルすることにより算出される。
【００５３】
ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈ及びＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈは、下記の式で表される。なお、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ，Ｘｃｈ[0]を出力するかＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈを出力するかは、第１極性切替回路５１のスイッチングによって切り替えられる。
【数１３】
0006502707.tif 000014
【数１４】
0006502707.tif 000015
【００５４】
Ｙチャネル５０２は、第３カレントスイッチ３３、第４カレントスイッチ３４、第２極性切替回路５２、第２オペアンプ７５及び第２フィードバック回路８２を備える。Ｙチャネル５０２は、第２ホール素子対１２の出力するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）の対に基づいた増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈを出力する。増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈは、磁場のＹ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚに関する信号成分を含む。
【００５５】
第３カレントスイッチ３３は、第３ホール素子１２２のスピニングカレント駆動を制御する。また、第３カレントスイッチ３３は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）を、差分信号として第２オペアンプ７５に出力する。
【００５６】
第４カレントスイッチ３４は、第４ホール素子１２４のスピニングカレント駆動を制御する。また、第４カレントスイッチ３４は、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）を、差分信号として第２極性切替回路５２に出力する。
【００５７】
第２極性切替回路５２、第２オペアンプ７５及び第２フィードバック回路８２の動作は、第１極性切替回路５１、第１オペアンプ７０及び第１フィードバック回路８１と基本的に同一である。
【００５８】
増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈは、磁場のＹ成分Ｈｙ及びＺ成分Ｈｚに関する信号成分を含む。例えば、増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈは、第２ホール素子対１２の出力するホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）の対の間で、２つの演算式（差信号、和信号）を取ることにより生成され、２次元のホール起電力信号ベクトル（Ｖｙ，Ｙｃｈ，Ｖｚ，Ｙｃｈ）で表される。
【００５９】
ＹチャネルＹ成分信号Ｖｙ，Ｙｃｈは、第２ホール素子対１２により検出される磁場のＹ成分Ｈｙに対応する。磁場のＹ成分Ｈｙは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）の差信号を取り、磁場のＺ成分Ｈｚの項をキャンセルすることにより算出される。
【００６０】
ＹチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｙｃｈは、第２ホール素子対１２により検出される磁場のＺ成分Ｈｚに対応する。磁場のＺ成分Ｈｚは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｙ２）の和信号を取り、磁場のＹ成分Ｈｙの項をキャンセルすることにより算出される。
【００６１】
ＹチャネルＹ成分信号Ｖｙ,Ｙｃｈ及びＹチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｙｃｈは、下記の式で表される。なお、ＹチャネルＹ成分信号Ｖｙ，Ｙｃｈ[0]を出力するかＹチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｙｃｈを出力するかは、第２極性切替回路５２のスイッチングによって切り替えられる。
【数１５】
0006502707.tif 000016
【数１６】
0006502707.tif 000017
【００６２】
図７Ａは、第１オペアンプ７０の具体的な構成の一例を示す。第１オペアンプ７０は、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１、Ｇｍ，２、Ｇｍ，ｆｂ１、第１電流加算回路７１及び第１出力段トランジスタ７２を備える電流帰還型アンプである。
【００６３】
トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１は、入力されたホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）を電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）に変換する。電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）は、下記の式で表される。
【数１７】
0006502707.tif 000018
【００６４】
トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，２は、入力されたホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）を電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）に変換する。電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）は、下記の式で表される。
【数１８】
0006502707.tif 000019
また、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，ｆｂ１は、第１フィードバック回路８１からの出力を電流信号Ｉｆｂ１に変換する。電流信号Ｉｆｂ１は、下記の式で表される。
【数１９】
0006502707.tif 000020
ここで、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２は、第１フィードバック回路８１が有する抵抗である。第１フィードバック回路８１は、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２により抵抗分割してトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，ｆｂ１に出力する。
【００６５】
第１電流加算回路７１は、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１、Ｇｍ，２、Ｇｍ，ｆｂ１から出力された電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）、Ｉｆｂ１を加算する。第１電流加算回路７１は、加算した電流信号を第１出力段トランジスタ７２に出力する。
【００６６】
第１出力段トランジスタ７２は、第１電流加算回路７１が出力した電流信号に基づいて、増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈを生成する。第１出力段トランジスタ７２は、生成した増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈを第１オペアンプ７０の出力として出力する。また、第１出力段トランジスタ７２は、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを第１フィードバック回路８１にも出力する。
【００６７】
ここで、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ，Ｘｃｈは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）とホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との差信号である。即ち、Ｘチャネル信号Ｖｘ，Ｘｃｈを検出する場合の第１電流加算回路７１における電流信号は、以下の式を満たす。
【数２０】
0006502707.tif 000021
（数２０）式をＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈについて解くと以下の通りになる。
【数２１】
0006502707.tif 000022
【００６８】
一方、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）とホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）との和信号である。即ち、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈは、以下の式を満たす。
【数２２】
0006502707.tif 000023
（数２２）式をＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈについて解くと以下の通りになる。
【数２３】
0006502707.tif 000024
【００６９】
さらに、（数２１）式及び（数２３）式に、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）、Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）に関する（数９）式及び（数１１）式を代入して考えると、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ，Ｘｃｈは磁場のＸ成分Ｈｘと磁場のＺ成分Ｈｚの線形和となる。ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈ及びＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈを、磁場成分Ｈｘ，Ｈｚの線形結合の形で書き表すと、下記の式となる。
【数２４】
0006502707.tif 000025
【００７０】
（数２４）式の磁電変換の係数Ｄｘｘ、Ｄｚｚは、対角成分（Ｄｉａｇｏｎａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を示し、ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘは、非対角成分（Ｎｏｎ−ｄｉａｇｏｎａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を示す。ここで、（数２４）式の磁電変換の係数は以下の通りである。
【数２５】
0006502707.tif 000026
【００７１】
（数２４）式において線形結合の形で表された磁電変換の数式について、磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）から信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｚ，Ｘｃｈ）への変換式として行列形式で書き表すと以下の式となる。
【数２６】
0006502707.tif 000027
【００７２】
非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロの場合は、磁電変換において他軸感度が発生しない。一方、非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロでない場合、磁電変換において他軸感度が発生する。磁電変換において他軸感度が発生すると、（数２６）式において直交性が保たれない。よって、非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロになることが望ましい。
【００７３】
ここで、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈが磁場のＺ成分Ｈｚだけに比例するためには、（数２５）式において、非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロとなる必要がある。非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロになるには、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ,１とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ,２とがマッチングしていること、及び、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）がマッチングしていることが必要である。なお、第１ホール素子１１２の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と第２ホール素子１１４の磁気感度Ｓ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）とは、（数１０）式及び（数１２）式を参照すると、第１ホール素子１１２に入力され第１駆動電流Ｉ１と第２ホール素子１１４に入力される第２駆動電流Ｉ２とをマッチングすることによりマッチングされる。
【００７４】
図７Ｂは、第２オペアンプ７５の具体的な構成の一例を示す。第２オペアンプ７５は、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，３、Ｇｍ，４、Ｇｍ，ｆｂ２、第２電流加算回路７６及び第２出力段トランジスタ７７を備える電流帰還型アンプである。
【００７５】
第２オペアンプ７５の各構成は、第１オペアンプ７０の構成とそれぞれ対応し、基本的には、第１オペアンプ７０と同様に動作する。即ち、ＹチャネルＹ成分信号Ｖｙ,Ｙｃｈ及びＹチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｙｃｈを、磁場成分Ｈｙ，Ｈｚの線形結合の形で書き表すと、下記の式となる。
【数２７】
0006502707.tif 000028
【００７６】
（数２７）式の磁電変換の係数Ｄｙｙ、Ｄｚｚは、対角成分を示し、ＮＤｙｚ、ＮＤｚｙは、非対角成分を示す。ここで、（数２７）式の磁電変換の係数は以下の通りである。
【数２８】
0006502707.tif 000029
【００７７】
図８は、磁電変換における他軸感度の発生を説明するための図である。図８（ａ）は、磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）の一例を示す。図８（ｂ）は、ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）の一例を示す。
【００７８】
磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）は、単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）及び（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）を有する。単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）を実線で示し、単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）を破線で示す。本例の単位磁場ベクトルは、Ｘ軸とＺ軸にそれぞれ重なる。磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）は、ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）に磁電変換される。
【００７９】
ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）は、Ｖｘ,Ｘｃｈ軸及びＶｚ,Ｘｃｈ軸を用いた座標系におけるベクトルである。単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）に対応するホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）を実線で示し、単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）に対応するホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）を破線で示す。
【００８０】
Ｘ軸方向の単位磁場ベクトル（１，０，０）から生成されるベクトル信号（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｚ，Ｘｃｈ）については、（数２６）式において、（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）を代入して得られる。非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロでない場合、このベクトル信号（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｚ，Ｘｃｈ）は、Ｚ成分がゼロでない有限な値となってしまうので、単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（１，０，０）が磁電変換された場合、ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）は、Ｖｘ，Ｘｃｈ軸に重ならず、Ｖｘ,Ｘｃｈ軸から反時計回りに角度αだけ回転した向きを向く。なお、本例では、角度α>０の場合を示す。
【００８１】
Ｚ軸方向の単位磁場ベクトル（０，０，１）から生成されるベクトル信号（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｘ，Ｘｃｈ）については、（数２６）式において、（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）を代入して得られる。非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロでない場合、このベクトル信号（Ｖｘ，Ｘｃｈ，Ｖｚ，Ｘｃｈ）は、Ｘ成分がゼロでない有限な値となってしまうので、単位磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）＝（０，０，１）が磁電変換された場合、ホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）は、Ｖｚ，Ｘｃｈ軸に重ならず、Ｖｚ,Ｘｃｈ軸から反時計回りに角度βだけ回転した向きを向く。なお、本例では、角度β<０の場合を示す。
【００８２】
つまり、非対角成分ＮＤｘｚ、ＮＤｚｘがゼロでない場合、磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）からホール起電力信号ベクトル（Ｖｘ，Ｘｃｈ、Ｖｚ，Ｘｃｈ）への変換が直交変換でなくなり、非直交性誤差が発生する。ここで、他軸感度による非直交性誤差を表す角度α、βは、下記の式により表される。
【数２９】
0006502707.tif 000030
【００８３】
図９は、非直交性誤差に起因した角度非線形性誤差を示す。角度非線形性誤差とは、ホールセンサ１００を３Ｄ回転角センサとして用いた場合に、非直交性誤差に起因して生じた回転角の誤差である。図９は、磁場ベクトル（Ｈｘ，Ｈｚ）に対する角度非線形性誤差（度）の変化を示す。
【００８４】
ホールセンサ１００は、ＸＹ面、ＹＺ面、ＺＸ面という３つの面での磁場の回転角度を検出する。例えば、３Ｄ回転角センサは、車載のペダル位置の検出、弁（バルブ）の開閉度の検出等の用途に利用される。このような用途では、３Ｄ回転角センサに高い回転角度の精度が求められる。より具体的には、ホールセンサ１００は、ＺＸ平面内の回転磁場（Ｈｘ，Ｈｚ）＝（ｃｏｓ（θ），ｓｉｎ（θ））の回転角度θを検出する。これにより、ホールセンサ１００は、自身の回転角を算出する。ここで、ホールセンサ１００に対して、Ｈｘ＝ｃｏｓ（θ）、Ｈｚ＝ｓｉｎ（θ）となる回転磁場が入力されたときの信号波形の式を以下に示す。
【数３０】
0006502707.tif 000031
【００８５】
本例では、他軸感度に起因して、ホールセンサ１００にα＝＋１°、β＝−１°となる非直交性誤差が発生した場合の誤差を示す。α＝＋１°、β＝−１°の非直交性誤差が生じた場合、ホールセンサ１００のＺＸ面内での角度検出において、±１°の角度非線形性誤差が発生する。
【００８６】
図１０Ａは、本実施形態に係るＸチャネル５０１の構成の一例を示す。本例のＸチャネル５０１は、第１バイアス切替回路４１、第１Ｇｍスイッチ回路６１及び第１スイッチ制御部６５をさらに備える。
【００８７】
第１スイッチ制御部６５は、第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１を予め定められた周期でスイッチングさせる。例えば、第１スイッチ制御部６５は、２相クロック（Ｐｈｉ１、Ｐｈｉ２）であるＤＥＭクロックを第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１に出力する。また、第１スイッチ制御部６５は、第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１のいずれか一方にＤＥＭクロックを出力してもよい。
【００８８】
第１バイアス切替回路４１は、入力されたＤＥＭクロックに従い、第１ホール素子対１１と電流源との接続を切り替える。例えば、第１バイアス切替回路４１は、第１ホール素子１１２と電流源Ｉｂｉａｓ１とを接続し、且つ、第２ホール素子１１４と電流源Ｉｂｉａｓ２とを接続する第１供給パスを有する。また、第１バイアス切替回路４１は、第１ホール素子１１２と電流源Ｉｂｉａｓ２とを接続し、且つ、第２ホール素子１１４と電流源Ｉｂｉａｓ１とを接続する第２供給パスを有する。第１バイアス切替回路４１は、第１供給パスと第２供給パスとをＤＥＭクロックに従い切り替える。
【００８９】
第１Ｇｍスイッチ回路６１は、入力されたＤＥＭクロックに従い、第１ホール素子対１１と第１オペアンプ７０との接続経路を切り替える。例えば、第１Ｇｍスイッチ回路６１は、第１カレントスイッチ３１とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１とを接続し、且つ、第２カレントスイッチ３２とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，２とを接続する第１伝達パスを有する。また、第１Ｇｍスイッチ回路６１は、第１カレントスイッチ３１とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，２とを接続し、且つ、第２カレントスイッチ３２とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１とを接続する第２伝達パスを有する。第１Ｇｍスイッチ回路６１は、第１伝達パスと第２伝達パスとをＤＥＭクロックに従い切り替える。
【００９０】
例えば、第１スイッチ制御部６５は、第１期間において、第１供給パス及び第１伝達パスを選択するように第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１を制御する。第１スイッチ制御部６５は、第２期間において、第２供給パス及び第２伝達パスを選択するように第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１を制御する。また、第１スイッチ制御部６５は、第３期間において、第１供給パス及び第１伝達パスを選択するように第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１を制御する。第１スイッチ制御部６５は、第４期間において、第２供給パス及び第２伝達パスを選択するように第１バイアス切替回路４１及び第１Ｇｍスイッチ回路６１を制御する。さらに、第１スイッチ制御部６５は、第１期間及び第２期間におけるホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ,Ｘ２）の信号極性と、第３期間及び第４期間におけるホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ,Ｘ２）の信号極性とが異なるように第１極性切替回路５１を制御する。
【００９１】
なお、第１スイッチ制御部６５は、第１期間及び第２期間において磁場のＸ成分Ｈｘを検出する場合、当該検出期間において、第１期間及び第２期間を少なくとも１周期含むことが好ましい。また、第１スイッチ制御部６５は、第３期間及び第４期間において磁場のＺ成分Ｈｚを検出する場合、当該検出期間において、第３期間及び第４期間を少なくとも１周期含むことが好ましい。
【００９２】
本実施形態に係るＸチャネル５０１は、電流源Ｉｂｉａｓ１と電流源Ｉｂｉａｓ２との間のミスマッチ、及び、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１、Ｇｍ，２間のミスマッチを、ＤＥＭクロック位相Ｐｈｉ１、Ｐｈｉ２間で時間領域において平均化する。これにより、Ｘチャネル５０１は、第１ホール素子１１２と第２ホール素子１１４の間のミスマッチを時間平均としてゼロにした増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを出力できる。
【００９３】
図１０Ｂは、本実施形態に係るＹチャネル５０２の構成の一例を示す。本例のＹチャネル５０２は、第２バイアス切替回路４２、第２Ｇｍスイッチ回路６２及び第２スイッチ制御部６６をさらに備える。
【００９４】
第２スイッチ制御部６６は、第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２を予め定められた周期でスイッチングさせる。例えば、第２スイッチ制御部６６は、２相クロック（Ｐｈｉ１、Ｐｈｉ２）であるＤＥＭクロックを第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２に出力する。また、第２スイッチ制御部６６は、第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２のいずれか一方にＤＥＭクロックを出力してもよい。なお、第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２には、第１スイッチ制御部６５の出力するＤＥＭクロックが入力されてもよい。
【００９５】
第２バイアス切替回路４２は、入力されたＤＥＭクロックに従い、第２ホール素子対１２と電流源との接続を切り替える。例えば、第２バイアス切替回路４２は、第３ホール素子１２２と電流源Ｉｂｉａｓ３とを接続し、且つ、第４ホール素子１２４と電流源Ｉｂｉａｓ４とを接続する第３供給パスを有する。また、第２バイアス切替回路４２は、第３ホール素子１２２と電流源Ｉｂｉａｓ４とを接続し、且つ、第４ホール素子１２４と電流源Ｉｂｉａｓ３とを接続する第４供給パスを有する。第２バイアス切替回路４２は、第３供給パスと第４供給パスとをＤＥＭクロックに従い切り替える。
【００９６】
第２Ｇｍスイッチ回路６２は、第２ホール素子対１２と第２オペアンプ７５との接続経路を切り替える。例えば、第２Ｇｍスイッチ回路６２は、第３カレントスイッチ３３とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，３とを接続し、且つ、第４カレントスイッチ３４とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，４とを接続する第３伝達パスを有する。また、第２Ｇｍスイッチ回路６２は、第３カレントスイッチ３３とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，４とを接続し、且つ、第４カレントスイッチ３４とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，３とを接続する第４伝達パスとを有する。第２Ｇｍスイッチ回路６２は、第３伝達パスと第４伝達パスとをＤＥＭクロックに従い切り替える。
【００９７】
例えば、第２スイッチ制御部６６は、第１期間において、第３供給パス及び第３伝達パスを選択するように第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２を制御する。第２スイッチ制御部６６は、第２期間において、第４供給パス及び第４伝達パスを選択するように第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２を制御する。また、第２スイッチ制御部６６は、第３期間において、第３供給パス及び第３伝達パスを選択するように第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２を制御する。第２スイッチ制御部６６は、第４期間において、第４供給パス及び第４伝達パスを選択するように第２バイアス切替回路４２及び第２Ｇｍスイッチ回路６２を制御する。さらに、第２スイッチ制御部６６は、第１期間及び第２期間におけるホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ,Ｙ２）の信号極性と、第３期間及び第４期間におけるホール起電力信号Ｖｓｉｇ（Ｈａｌｌ,Ｙ２）の信号極性とが異なるように第２極性切替回路５２を制御する。
【００９８】
なお、第２スイッチ制御部６６は、第１期間及び第２期間において磁場のＹ成分Ｈｙを検出する場合、当該検出期間において、第１期間及び第２期間を少なくとも１周期含むことが好ましい。また、第２スイッチ制御部６６は、第３期間及び第４期間において磁場のＺ成分Ｈｚを検出する場合、当該検出期間において、第３期間及び第４期間を少なくとも１周期含むことが好ましい。
【００９９】
本実施形態に係るＹチャネル５０２は、電流源Ｉｂｉａｓ３と電流源Ｉｂｉａｓ４との間のミスマッチ、及び、トランスコンダクタ差動対Ｇｍ，３、Ｇｍ，４間のミスマッチを、ＤＥＭクロック位相Ｐｈｉ１、Ｐｈｉ２間で時間領域において平均化する。これにより、Ｙチャネル５０２は、第３ホール素子１２２と第４ホール素子１２４の間のミスマッチを時間平均としてゼロにした増幅信号Ｖａｍｐ，Ｙｃｈを出力できる。
【０１００】
図１１は、第１信号出力部２０１及び第２信号出力部２０２の信号処理の一例を示す。第１信号出力部２０１は、第１復調回路９０、第１ＡＤ変換回路９１、Ｖｘレジスタ９２及びＶｚレジスタ９３を備える。第２信号出力部２０２は、第２復調回路９５、第２ＡＤ変換回路９６及びＶｙレジスタ９７を備える。
【０１０１】
増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈ及び増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈは、スピニングカレント駆動により、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐにチョッパー変調される。増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈ及び増幅信号Ｖａｍｐ,Ｙｃｈは、第１復調回路９０及び第２復調回路９５にそれぞれ入力される。
【０１０２】
第１復調回路９０は、入力された増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈを、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈに復調する。本明細書において、復調とは、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐにチョッパー変調された信号をベースバンドに戻すことを指す。第１復調回路９０は、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐで、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈの信号極性を反転させる。第１復調回路９０は、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈを第１ＡＤ変換回路９１に出力する。なお、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈは、第１ＡＤ変換回路９１に入力される前に、アンチエイリアシングフィルターによって、オフセット信号Ｖｏｓが除去される。例えば、アンチエイリアシングフィルターは、ローパスフィルタ―である。
【０１０３】
第１ＡＤ変換回路９１は、入力された復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈをデジタル信号に変換する。第１ＡＤ変換回路９１は、デジタル信号としてＡＤＣ（Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈ）をＶｘレジスタ９２及びＶｚレジスタ９３に出力する。
【０１０４】
Ｖｘレジスタ９２は、デジタル信号ＡＤＣ（Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈ）に基づいて、磁場のＸ成分Ｈｘに関する信号を格納する。また、Ｖｚレジスタ９３は、デジタル信号ＡＤＣ（Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈ）に基づいて、磁場のＺ成分Ｈｚを格納する。つまり、Ｖｘレジスタ９２及びＶｚレジスタ９３は、第１信号出力部２０１の時分割処理に応じて、Ｖｘレジスタ９２又はＶｚレジスタ９３に格納する。
【０１０５】
第２復調回路９５は、入力された増幅信号Ｖａｍｐ，Ｙｃｈを、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈに復調する。即ち、第２復調回路９５は、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐで、増幅信号Ｖａｍｐ，Ｙｃｈの信号極性を反転させる。第２復調回路９５は、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈを第２ＡＤ変換回路９６に出力する。なお、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈは、第２ＡＤ変換回路９６に入力される前に、アンチエイリアシングフィルターによって、オフセット信号Ｖｏｓが除去される。
【０１０６】
第２ＡＤ変換回路９６は、入力された復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈをデジタル信号に変換する。第２ＡＤ変換回路９６は、デジタル信号としてＡＤＣ（Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈ）をＶｙレジスタ９７に出力する。
【０１０７】
Ｖｙレジスタ９７は、デジタル信号ＡＤＣ（Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈ）に基づいて、磁場のＹ成分Ｈｙに関する信号を格納する。また、第２信号出力部２０２は、Ｖｚレジスタ９３を備えてもよい。この場合、第１信号出力部２０１は、Ｖｚレジスタ９３を備えなくてよい。即ち、第１信号出力部２０１及び第２信号出力部２０２のいずれか一方がＶｚレジスタ９３を備えればよい。
【０１０８】
図１２は、Ｘチャネル５０１における磁場検出動作の一例を示す。Ｘチャネル５０１は、磁場のＸ成分Ｈｘの検出動作と、磁場のＺ成分Ｈｚの検出動作とを時分割方式によって実行する。本例では、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ，Ｘｃｈの検出動作の間に、ＮサイクルのＤＥＭを行う。また、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ，Ｘｃｈの検出動作の間も同様に、ＮサイクルのＤＥＭを行う。各サイクルは、２サイクル以上であることが好ましい。
【０１０９】
ＤＥＭクロック位相＝Ｐｈｉ１において、第１バイアス切替回路４１は、第１ホール素子１１２と電流源Ｉｂｉａｓ１とを接続し、第２ホール素子１１４とＩｂｉａｓ２とを接続する。第１Ｇｍスイッチ回路６１は、第１ホール素子１１２とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１を接続し、第２ホール素子１１４と差動対Ｇｍ，２を接続する。
【０１１０】
ＤＥＭクロック位相＝Ｐｈｉ２において、第１バイアス切替回路４１は、第１ホール素子１１２とＩｂｉａｓ２を接続し、第２ホール素子１１４とＩｂｉａｓ１を接続する。第１Ｇｍスイッチ回路６１は、第１ホール素子１１２とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，２を接続し、第２ホール素子１１４とトランスコンダクタ差動対Ｇｍ，１を接続する。
【０１１１】
ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈの検出期間では、（数１３）式を用いてＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈを検出する。例えば、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈの検出は、電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の絶対値の差分をとることにより実現される。ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈの検出期間が経過し、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈが取得されると、Ｖｘレジスタ９２に最新のＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈの値が格納される。
【０１１２】
ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈの検出期間では、（数１４）式を用いてＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈを検出する。例えば、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈの検出は、電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ１）と電流信号Ｉｓｉｇ（Ｈａｌｌ，Ｘ２）の絶対値の和をとることにより実現される。ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈの検出期間が経過し、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈが取得されると、Ｖｚレジスタ９３に最新のＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈの値が格納される。
【０１１３】
このように、ＸチャネルＸ成分信号Ｖｘ,Ｘｃｈの検出期間と、ＸチャネルＺ成分信号Ｖｚ,Ｘｃｈの検出期間を繰り返すことにより、Ｖｘレジスタ９２とＶｚレジスタ９３に格納された値を随時更新する。
【０１１４】
図１３は、スピニングカレント法による信号処理動作の一例を示す。より具体的には、スピニングカレント駆動及びＤＥＭ動作を同時に行う場合の、Ｘチャネル５０１における増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈ及び復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈを示す。本例では、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐとＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍとの間に、ｆ＿ｃｈｏｐ＝２×ｆ＿ｄｅｍという関係がある。
【０１１５】
増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈ及びオフセット信号Ｖｏｓを含む。増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈのオフセット信号Ｖｏｓの成分を片矢印で示し、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈの成分を両矢印で示す。増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈは、オフセット信号Ｖｏｓを中心として、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈが、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐにより振動した信号である。
【０１１６】
ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈは、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐ及びＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍにより変調されている。ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈは、ＤＥＭクロック位相Ｐｈｉ１において、スピニングカレントクロック位相φ１、φ２にそれぞれ対応したホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈ（φ１、Ｐｈｉ１）、（φ２、Ｐｈｉ１）を含む。また、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈは、ＤＥＭクロック位相Ｐｈｉ２において、スピニングカレントクロック位相φ１、φ２にそれぞれ対応したホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈ（φ１、Ｐｈｉ２）、（φ２、Ｐｈｉ２）を含む。増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈにおいて、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈはスピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐで振動し、オフセット信号ＶｏｓはＤＣ成分の信号である。
【０１１７】
復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈは、増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈを、スピニングカレントクロック位相φ２において信号の極性を反転することにより得られる。復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのオフセット信号Ｖｏｓの成分を片矢印で示し、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈの成分を両矢印で示す。復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈの極性は、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐに応じて反転される。復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈにおいて、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈの信号振幅は、ＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍで振動し、オフセット信号Ｖｏｓの極性は、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐで振動する。
【０１１８】
図１４は、増幅信号Ｖａｍｐ,Ｘｃｈのスペクトルの一例を示す。増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈの成分及びオフセット信号Ｖｏｓの成分を含む。Ｙチャネル５０２の増幅信号Ｖａｍｐ，Ｙｃｈに関しても同様に考えられる。
【０１１９】
増幅信号Ｖａｍｐ，Ｘｃｈにおいて、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈは、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐでの変調に加えて、ＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍでの変調を受ける。そのため、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈは、周波数軸上において、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐに加えて、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐから±ｆ＿ｄｅｍだけ離れた周波数位置にも集中したスペクトルを有する。一方、オフセット信号Ｖｏｓは、ベースバンドに集中したスペクトルを有する。
【０１２０】
図１５は、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのスペクトルの一例を示す。復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈは、ホール起電力信号Ｖｓｉｇ，Ｘｃｈの成分及びオフセット信号Ｖｏｓの成分を含む。Ｙチャネル５０２の復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｙｃｈに関しても同様に考えられる。
【０１２１】
復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのホール起電力信号成分は、復調されてベースバンドに集中したスペクトルを有する。一方、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのオフセット信号Ｖｏｓは、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐでの変調に加えて、ＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍでの変調を受ける。そのため、オフセット信号Ｖｏｓは、周波数軸上において、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐに加えて、スピニングカレントクロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐから±ｆ＿ｄｅｍだけ離れた周波数位置にも集中したスペクトルを有する。ここで、復調信号Ｖｄｍｏｄ，Ｘｃｈのホール起電力信号成分を検出するためには、アンチエイリアシングフィルターによって、オフセット信号Ｖｏｓの成分をホール起電力信号成分から分離する必要がある。
【０１２２】
破線は、アンチエイリアシングフィルターの伝達特性を示す。アンチエイリアシングフィルターの帯域は、ＢＷ＿ｌｐｆである。ここで、アンチエイリアシングフィルターの帯域ＢＷ＿ｌｐｆとは、フィルターゲインが３ｄＢ低下する周波数を指す。アンチエイリアシングフィルターによって、オフセット信号Ｖｏｓを分離するためには、以下の式が成り立つように、スピニングカレント駆動クロック周波数ｆ＿ｃｈｏｐとＤＥＭクロック周波数ｆ＿ｄｅｍを選択する必要がある。
【数３１】
0006502707.tif 000032
【０１２３】
なお、ｆ＿ｃｈｏｐ＝ｆ＿ｄｅｍのように（数３１）式を満たさない場合、オフセット信号Ｖｏｓが変調された成分の一部が、ホール起電力信号成分と同じベースバンド帯域に混入する。同様に、ｆ＿ｃｈｏｐ≒ｆ＿ｄｅｍとなってしまった場合には、アンチエイリアシングフィルターの帯域内部にオフセット成分が混入する。このような場合、オフセット成分をアンチエイリアシングフィルターによって十分に低減できない。したがって、（数３１）式が成り立たない場合、スピニングカレント駆動によるオフセット低減効果が十分に得られない。
【０１２４】
以上の通り、本例の磁気センサ５００は、３Ｄ磁気センサにおけるＺ軸とＸ軸の間の他軸感度、及び、Ｚ軸とＹ軸の間の他軸感度を低減できる。本例の磁気センサ５００は、動的なマッチング実現手段ＤＥＭを用いるので、環境温度が変動しても、良好なマッチングを維持できる。また、磁気センサ５００は、プラスチックパッケージにおいて、吸湿等によるパッケージ応力変動が生じても良好なマッチングを維持できる。
【０１２５】
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、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２６】
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及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。特許請求の範囲、明細書、及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。
【符号の説明】
【０１２７】
１０・・・基板、１１・・・第１ホール素子対、１２・・・第２ホール素子対、２０・・・磁気収束板、３１・・・第１カレントスイッチ、３２・・・第２カレントスイッチ、３３・・・第３カレントスイッチ、３４・・・第４カレントスイッチ、４１・・・第１バイアス切替回路、４２・・・第２バイアス切替回路、５１・・・第１極性切替回路、５２・・・第２極性切替回路、６１・・・第１Ｇｍスイッチ回路、６２・・・第２Ｇｍスイッチ回路、６５・・・第１スイッチ制御部、６６・・・第２スイッチ制御部、７０・・・第１オペアンプ、７１・・・第１電流加算回路、７２・・・第１出力段トランジスタ、７５・・・第２オペアンプ、７６・・・第２電流加算回路、７７・・・第２出力段トランジスタ、８１・・・第１フィードバック回路、８２・・・第２フィードバック回路、９０・・・第１復調回路、９１・・・第１ＡＤ変換回路、９２・・・Ｖｘレジスタ、９３・・・Ｖｚレジスタ、９５・・・第２復調回路、９６・・・第２ＡＤ変換回路、９７・・・Ｖｙレジスタ、１００・・・ホールセンサ、１１２・・・第１ホール素子、１１４・・・第２ホール素子、１２２・・・第３ホール素子、１２４・・・第４ホール素子、２０１・・・第１信号出力部、２０２・・・第２信号出力部、５００・・・磁気センサ、５０１・・・Ｘチャネル、５０２・・・Ｙチャネル
【図１】
0006502707.tif 000033
【図２】
0006502707.tif 000034
【図３】
0006502707.tif 000035
【図４】
0006502707.tif 000036
【図５Ａ】
0006502707.tif 000037
【図５Ｂ】
0006502707.tif 000038
【図６】
0006502707.tif 000039
【図７Ａ】
0006502707.tif 000040
【図７Ｂ】
0006502707.tif 000041
【図８】
0006502707.tif 000042
【図９】
0006502707.tif 000043
【図１０Ａ】
0006502707.tif 000044
【図１０Ｂ】
0006502707.tif 000045
【図１１】
0006502707.tif 000046
【図１２】
0006502707.tif 000047
【図１３】
0006502707.tif 000048
【図１４】
0006502707.tif 000049
【図１５】
0006502707.tif 000050