(57)【要約】      （修正有）【課題】外部磁界の大きさに拘らず、磁界センサを有するすべての回路を自己テストできる磁界センサを提供する。【解決手段】磁界センサ２００において、２つの基準磁界導体２０６ａ、２０６ｂは、反対方向の磁界を生成するように、他方とは反対方向に巻かれ、直列に接続され、スイッチング回路２０４によって電流２０２を受け取るように接続される。制御信号２０４ａに応答してスイッチング回路２０４は、電流２０２の方向を周期的に反転するように動作可能である。２つの磁界検出素子２０６、２０８は、スイッチング回路２１２内に接続される。磁界信号Ａは、被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する（基準磁界には応答しない）被測定磁界応答信号部分と、基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する（被測定磁界には応答しない）基準磁界応答信号部分との両方を含むことができ、周期的に交互に生じる。【選択図】図１２
2017040658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界センサであって、
少なくとも２つの磁界検出素子と、
前記少なくとも２つの磁界検出素子に接続された第１のスイッチング回路であって、前記第１のスイッチング回路が、前記少なくとも２つの磁界検出素子を被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成に接続するように構成され、前記第１のスイッチング回路が、前記少なくとも２つの磁界検出素子を、前記被測定磁界検出構成に接続されるときに外部磁界の存在下で協働して応答するように並列に接続し、前記少なくとも２つの磁界検出素子を、前記基準磁界検出構成に接続されるときに前記外部磁界に対する応答が互いに反対になるように接続するように構成され、前記第１のスイッチング回路が、磁界信号を供給するように第１のスイッチング速度で前記被測定磁界検出構成と前記基準磁界検出構成との間で、時間分割多重化を用いて、交互に往復して切り替えるように動作可能であり、前記第１のスイッチング回路が、
前記被測定磁界検出構成で接続されたときに前記外部磁界に応答する被測定磁界応答信号部分、および
前記基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分
を含む前記磁界信号を生成するように構成され、前記磁界信号は、第１の期間の間は前記被測定磁界応答信号部分のみを表し、前記第１のスイッチング速度に同期した速度で前記第１の期間とインターリーブされた第２の異なる期間の間は前記基準磁界応答信号部分のみを表す、第１のスイッチング回路と、
前記第１のスイッチング回路から前記磁界信号を受け取るように接続された処理回路であって、
前記第１の期間の間に前記被測定磁界応答信号部分を表す前記磁界信号を選択し処理して、前記被測定磁界応答信号部分を表す第１の信号を生成するように時間分割多重化された、第１の処理チャネルであって、前記第１の信号は第１のセンサ出力信号を提供する、第１の処理チャネルと、
前記第２の異なる期間の間に前記基準磁界応答信号部分を表す前記磁界信号を選択し処理して、前記基準磁界応答信号部分を表す第２の信号を生成するように時間分割多重化された、第２の異なる処理チャネルと
を含む、処理回路と、
前記第２の信号を前記処理回路から受け取るように接続され、前記少なくとも２つの磁界検出素子を駆動するために印加されるバイアス信号、または前記処理回路の利得、のうちの少なくとも１つを制御するためにフィードバック信号を生成するように構成された、フィードバック回路と
を備える、磁界センサ。
【請求項２】
前記基準磁界が、前記少なくとも２つの磁界検出素子のうちの選択されたものの場所で反対方向に向いた第１および第２の基準磁界を含み、前記磁界センサが、
前記第１および第２の基準磁界を生成するように動作可能な磁界生成器をさらに備える、請求項１に記載の磁界センサ。
【請求項３】
前記磁界生成器が、
それぞれ前記少なくとも２つの磁界検出素子に近接した、少なくとも２つの基準磁界導体部分を備え、前記少なくとも２つの基準磁界導体部分が、前記基準磁界を生成するための基準電流を伝達するように構成される、請求項２に記載の磁界センサ。
【請求項４】
前記基準電流を供給するように接続された第２のスイッチング回路であって、前記第１のスイッチング速度に同期して、第１の基準電流方向と第２の反対の基準電流方向との間で前記基準電流を交互に切り替えるように動作可能な、第２のスイッチング回路
をさらに備える、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項５】
前記第２の信号は第２のセンサ出力信号を提供する、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項６】
前記被測定磁界検出構成が、前記少なくとも２つの磁界検出素子のチョッピングを表す、少なくとも２つの異なる交互の被測定磁界検出構成からなる、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項７】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、基板によって支持され、前記少なくとも２つの基準磁界導体部分が、前記基板によって支持され前記磁界検出素子に近接した導体を含む、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項８】
前記少なくとも２つの基準磁界導体部分が、前記基板によって支持される２つ以上の金属層にわたって広がる、請求項７に記載の磁界センサ。
【請求項９】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、基板によって支持され、前記少なくとも２つの基準磁界導体部分が、前記基板から分離しているが前記基板に近接した導体を含む、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項１０】
前記外部磁界が、被測定電流導体によって伝達される被測定電流によって生成される、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、少なくとも２つのホール効果素子を含む、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項３に記載の磁界センサ。
【請求項１３】
磁界センサの較正または自己テストを生成する方法であって、
少なくとも２つの磁界検出素子を被測定磁界検出構成に接続するステップであって、前記少なくとも２つの磁界検出素子を、外部磁界の存在下で協働して応答するように並列に接続するステップを含む、ステップと、
前記少なくとも２つの磁界検出素子を基準磁界検出構成に接続するステップであって、前記少なくとも２つの磁界検出素子を、前記外部磁界に対する応答が互いに反対になるように接続するステップを含む、ステップと、
磁界信号を供給するために、第１のスイッチング速度で前記被測定磁界検出構成と前記基準磁界検出構成とを、時間分割多重化を用いて、交互に往復して切り替えるステップであって、前記切り替えるステップが、
前記被測定磁界検出構成で接続されたときに前記外部磁界に応答する被測定磁界応答信号部分、および
前記基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分
を含む前記磁界信号を生成するように構成され、前記磁界信号は、第１の期間の間は前記被測定磁界応答信号部分のみを表し、前記第１のスイッチング速度に同期した速度で前記第１の期間とインターリーブされた第２の異なる期間の間は前記基準磁界応答信号部分のみを表す、切り替えるステップと、
第１のスイッチング回路から前記磁界信号を受け取るステップと、
前記第１の期間の間に前記被測定磁界応答信号部分を表す前記磁界信号を選択し処理して、前記被測定磁界応答信号部分を表す第１の信号を生成するように時間分割多重化するステップであって、前記第１の信号はセンサ出力信号を提供する、ステップと、
前記第２の異なる期間の間に前記基準磁界応答信号部分を表す前記磁界信号を選択し処理して、前記基準磁界応答信号部分を表す第２の信号を生成するように時間多重化するステップと、
前記第２の信号を使用して、前記少なくとも２つの磁界検出素子を駆動するために印加されるバイアス信号、または前記少なくとも２つの磁界検出素子に接続された処理回路の利得、のうちの少なくとも１つを制御するためのフィードバック信号を生成するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記基準磁界が、前記少なくとも２つの磁界検出素子のうちの選択されたものの場所で反対方向に向いた第１および第２の基準磁界を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基準磁界を生成するために基準電流を生成するステップをさらに含み、前記基準磁界は、それぞれの磁界方向が反対方向に向けられた少なくとも２つの基準磁界部分を含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のスイッチング速度に同期して、第１の基準電流方向と第２の反対の基準電流方向との間で交互に切り替えるステップ
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の信号は第２のセンサ出力信号を提供する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記被測定磁界検出構成が、前記少なくとも２つの磁界検出素子のチョッピングを表す少なくとも２つの異なる交互の被測定磁界検出構成からなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、基板によって支持され、前記少なくとも２つの基準磁界部分が、前記基板によって支持され前記少なくとも２つの磁界検出素子に近接した導体を備えた、少なくとも２つの基準磁界導体部分によって生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも２つの基準磁界導体部分が、前記基板によって支持された２つ以上の金属層にわたって広がる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が基板によって支持され、前記少なくとも２つの基準磁界部分が、前記基板から分離しているが前記基板に近接した導体を備えた、少なくとも２つの基準磁界導体部分によって生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記外部磁界が、被測定電流導体によって伝達される被測定電流によって生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、少なくとも２つのホール効果素子を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも２つの磁界検出素子が、少なくとも２つの磁気抵抗素子を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁界センサに関し、より詳細には、磁界検出素子を被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成において交互に接続させた磁界センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、ホール効果素子、磁気抵抗素子、および磁気トランジスタを含むが、これらに限定されない多様なタイプの磁界検出素子が存在する。さらに知られているように、互いに異なるタイプのホール効果素子、例えば平面ホール素子、垂直ホール素子、および環状ホール素子（circular Hall element）が存在する。さらに知られているよ
うに、互いに異なるタイプの磁気抵抗素子、例えば異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）素子、および磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子が存在する。
【０００３】
ホール効果素子は磁界に比例した出力電圧を生成する。これと対照的に磁気抵抗素子は、磁界に比例して抵抗を変化させる。回路では、電流を磁気抵抗素子を通して導くことができ、それによって磁界に比例した電圧出力信号を生成する。
【０００４】
磁界検出素子を用いた磁界センサは、電流伝達導体によって伝達される電流によって生成される磁界を検出する電流センサ、強磁性または磁性物体の近接を検出する磁気スイッチ（本明細書では近接検出器とも呼ばれる）、通過する強磁性物を検出する回転検出器例えば歯車の歯、および磁界の磁界密度を検出する磁界センサを含むが、これらに限定されない多様な用途に用いられる。本明細書では、特定の磁界センサ構成が例として用いられる。しかし、本明細書で述べられる回路および技術は任意の磁界センサにも当てはまる。
【０００５】
知られているように一部の集積回路は、組込み自己テスト（ＢＩＳＴ）能力を有する。組込み自己テストは、集積回路の内部機能のすべてまたは一部分を検証することができる機能である。いくつかのタイプの集積回路は、集積回路ダイ上に直接構築された組込み自己テスト回路を有する。通常、組込み自己テストは、外部手段、例えば集積回路の外部から集積回路上のピンまたはポートに通信される信号によって活動化される。例えばメモリ部分を有する集積回路は、集積回路の外部から通信される自己テスト信号によって活動化することができる組込み自己テスト回路を含むことができる。組込み自己テスト回路は、自己テスト信号に応答して集積回路のメモリ部分をテストすることができる。
【０００６】
磁界センサに用いられる従来型の組込み自己テスト回路は、磁界センサ内に用いられる磁界検出素子をテストしない傾向がある。また、従来型の組込み自己テスト回路は、磁界センサを有するすべての回路をテストしない傾向がある。
【０００７】
一部の磁界センサは、例えば、コイルなどを用いて較正磁界を局所的に生成し、較正磁界から結果として生じる信号を測定し、結果としての信号に関係する信号をフィードバックして磁界センサのゲインを制御することによって自己較正技術を使用する。いくつかの自己較正構成が、２００８年２月２６日に出願され本発明の譲受人に譲渡された、「自動感度調整を有する磁界センサ」という名称の米国特許出願第１２／０３７，３９３号に示され述べられている。また２０１０年７月２１日に出願され本発明の譲受人に譲渡された、「磁界センサにおける診断動作モードを生成するための回路および方法」という名称の米国特許出願第１２／８４０，３２４号は、磁界検出素子に近接して配置され、自己テスト磁界を生成するために用いられるコイルおよび導体の様々な構成を教示している。上記の出願はまた、様々な多重化構成を教示している。これらの出願、および本明細書で述べ
られるすべての他の特許および特許出願は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００８】
通常、磁界センサの較正は、磁界センサが検出磁界を検出していないとき、すなわち磁界センサが通常の検出モードで動作していないときに行われなければならない。
【０００９】
磁界センサ内で用いられる磁界検出素子をテストするための自己テスト機能を可能にする、磁界センサにおける組込み自己テスト回路および技術を提供することが望ましい。また、磁界センサ内のすべての回路の自己テストを可能にする、磁界センサにおける組込み自己テスト回路および技術を提供することが望ましい。また、外部磁界の大きさに拘らず、自己テストを行えることが望ましい。
【００１０】
自己テスト機能に加えて、磁界センサが通常動作において動作しているときに生じ得る、磁界センサの利得調整（較正）を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、磁界センサが通常動作において動作しているときに生じ得る、磁界センサの利得調整（較正）を提供することができる。
【００１２】
本発明はまた、磁界センサ内で用いられる磁界検出素子をテストするための自己テスト（self-test）機能を可能にする、磁界センサにおける組込み自己テスト回路および技術
をもたらすことができる。本発明はまた、磁界センサ内のすべての回路の自己テストを可能にする、磁界センサにおける組込み自己テスト回路および技術を提供することができる。本発明はまた、外部磁界の大きさに拘らず、自己テストを行う能力を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様によれば、磁界センサは少なくとも２つの磁界検出素子を含む。磁界センサはまた、少なくとも２つの磁界検出素子に接続された第１のスイッチング回路を含む。第１のスイッチング回路は、少なくとも２つの磁界検出素子を被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成に接続するように構成されている。第１のスイッチング回路は、磁界信号を生じるように第１のスイッチング速度で被測定磁界検出構成と基準磁界検出構成との間で交互に往復して切り替えるように動作可能である。第１のスイッチング回路は、磁界信号を生成するように構成されている。磁界信号は、被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する被測定磁界応答信号部分、および基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分を含む。
【００１４】
磁界センサの一部の実施形態では、基準磁界は、少なくとも２つの磁界検出素子のうちの選択されたものの場所で反対方向に向いた第１および第２の基準磁界を備え、磁界センサはさらに、第１および第２の基準磁界を生成するように動作可能な磁界生成器を備える。
【００１５】
磁界センサの一部の実施形態では、磁界生成器は、それぞれ少なくとも２つの磁界検出素子に近接した、少なくとも２つの基準磁界導体部分を備え、少なくとも２つの基準磁界導体部分は、基準磁界を生成するための基準電流を伝達するように構成され、基準磁界は、反対方向に向けられたそれぞれの磁界方向を有する少なくとも２つの基準磁界部分を備える。
【００１６】
一部の実施形態では、磁界センサはさらに、基準電流を供給するように接続された第２
のスイッチング回路であって、第１のスイッチング速度に同期して、第１の基準電流方向と第２の反対の基準電流方向との間で基準電流を交互に切り替えるように動作可能な、第２のスイッチング回路を含む。
【００１７】
一部の実施形態では、磁界センサはさらに、第１のスイッチング回路から磁界信号を受け取るように接続された処理回路を含み、磁界信号は、第１の期間の間は被測定磁界応答信号部分を表し、第１のスイッチング速度に同期した速度で第１の期間とインターリーブされた第２の異なる期間の間は基準磁界応答信号部分を表す。処理回路は、第１の期間の間に被測定磁界応答信号部分を表す信号を選択し処理して、被測定磁界応答信号部分を表す第１のセンサ出力信号を生成するように時間多重化された（time multiplexed）、第１の処理チャネルと、第２の異なる期間の間に基準磁界応答信号部分を表す信号を選択し処理して、基準磁界応答信号部分を表す第２の異なるセンサ出力信号を生成するように時間多重化された、第２の異なる処理チャネルとを含む。
【００１８】
磁界センサの一部の実施形態では、第１のスイッチング回路は、基準磁界検出構成で接続されたときは、磁界に対するそれぞれ反対の応答方向を有するように、少なくとも２つの磁界検出素子を接続するように構成されている。
【００１９】
磁界センサの一部の実施形態では、第１のスイッチング回路は、被測定磁界検出構成で接続されたときは、磁界に対するそれぞれ同じ応答方向を有するように、少なくとも２つの磁界検出素子を接続するように構成されている。
【００２０】
一部の実施形態では、磁界センサはさらに、第２のセンサ出力信号を表す信号を受け取るように接続され、少なくとも２つの磁界検出素子を駆動するように印加されるバイアス信号、または第１および第２の処理チャネルの利得、のうちの少なくとも１つを制御するためにフィードバック信号を生成するように構成されたフィードバック回路を含む。
【００２１】
磁界センサの一部の実施形態では、被測定磁界検出構成は、少なくとも２つの磁界検出素子のチョッピングを表す、少なくとも２つの異なる交互の被測定磁界検出構成を備える。
【００２２】
磁界センサの一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、基板によって支持され、少なくとも２つの基準磁界導体部分は、基板によって支持され磁界検出素子に近接した導体を備える。
【００２３】
磁界センサの一部の実施形態では、少なくとも２つの基準磁界導体部分は、基板によって支持される２つ以上の金属層にわたって広がる。
【００２４】
磁界センサの一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、基板によって支持され、少なくとも２つの基準磁界導体部分は、基板から分離しているが基板に近接した導体を備える。
【００２５】
磁界センサの一部の実施形態では、被測定磁界は、被測定電流導体によって伝達される被測定電流によって生成される。
【００２６】
磁界センサの一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、少なくとも２つのホール効果素子を備える。
【００２７】
磁界センサの一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、少なくとも２つの磁気抵抗素子を備える。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、磁界センサの較正または自己テストを生成する方法は、少なくとも２つの磁界検出素子を被測定磁界検出構成に接続するステップを含む。方法はまた、少なくとも２つの磁界検出素子を基準磁界検出構成に接続するステップを含む。方法はまた、磁界信号を生じるために、第１のスイッチング速度で被測定磁界検出構成と基準磁界検出構成とを交互に往復して切り替えるステップを含む。切り替えるステップは、磁界信号を生成するように構成されている。磁界信号は、被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する被測定磁界応答信号部分、および基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分を含む。
【００２９】
方法の一部の実施形態では、基準磁界は、少なくとも２つの磁界検出素子のうちの選択されたものの場所で反対方向に向いた第１および第２の基準磁界を含む。
【００３０】
一部の実施形態では、方法はさらに、基準磁界を生成するために基準電流を生成するステップを含み、基準磁界は、反対方向に向けられたそれぞれの磁界方向を有する少なくとも２つの基準磁界部分を備える。
【００３１】
一部の実施形態では、方法はさらに、第１のスイッチング速度に同期して、第１の基準電流方向と第２の反対の基準電流方向との間で交互に切り替えるステップを含む。
【００３２】
一部の実施形態では、方法はさらに、第１のスイッチング回路から磁界信号を受け取るステップであって、磁界信号は、第１の期間の間は被測定磁界応答信号部分を表し、第１のスイッチング速度に同期した速度で第１の期間とインターリーブされた第２の異なる期間の間に基準磁界応答信号部分を表す、ステップと、第１の期間の間に被測定磁界応答信号部分を表す信号を選択し処理して、被測定磁界応答信号部分を表す第１のセンサ出力信号を生成するように時間多重化するステップと、第２の異なる期間の間に基準磁界応答信号部分を表す信号を選択し処理して、基準磁界応答信号部分を表す第２の異なるセンサ出力信号を生成するように時間多重化するステップとを含む。
【００３３】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子を基準磁界検出構成に接続するステップは、基準磁界検出構成で接続されたときに磁界に対するそれぞれ反対の応答方向を有するように少なくとも２つの磁界検出素子を接続するステップを含む。
【００３４】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子を被測定磁界検出構成に接続するステップは、被測定磁界検出構成で接続されたときに磁界に対するそれぞれ同じ応答方向を有するように少なくとも２つの磁界検出素子を接続するステップを含む。
【００３５】
一部の実施形態では、方法はさらに、第２のセンサ出力信号を表す信号を、少なくとも２つの磁界検出素子を駆動するように印加されるバイアス信号、または第１および第２の処理チャネルの利得、のうちの少なくとも１つを制御するためのフィードバック信号に変換するステップを含む。
【００３６】
方法の一部の実施形態では、被測定磁界検出構成は、少なくとも２つの磁界検出素子のチョッピングを表す少なくとも２つの異なる交互の被測定磁界検出構成を備える。
【００３７】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は基板によって支持され、少なくとも２つの基準磁界部分は、基板によって支持され少なくとも２つの磁界検出素子に近接した導体を備えた、少なくとも２つの基準磁界導体部分によって生成される。
【００３８】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの基準磁界導体部分は、基板によって支持
された２つ以上の金属層にわたって広がる。
【００３９】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は基板によって支持され、少なくとも２つの基準磁界部分は、基板から分離しているが基板に近接した導体を備えた、少なくとも２つの基準磁界導体部分によって生成される。
【００４０】
方法の一部の実施形態では被測定磁界は、被測定電流導体によって伝達される被測定電流によって生成される。
【００４１】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、少なくとも２つのホール効果素子を備える。
【００４２】
方法の一部の実施形態では、少なくとも２つの磁界検出素子は、少なくとも２つの磁気抵抗素子を備える。
【００４３】
本発明の上記の特徴、および本発明自体は、以下の図面の詳細な説明からより十分に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】チョッピング型（またはスイッチング型）ホール効果素子を有する従来技術の磁界センサ、および関連するスイッチング回路のブロック図である。
【図１Ａ】図１の従来技術の磁界センサ内の様々な点における周波数スペクトルを示す一連のグラフである。
【図２】図１の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として、また以下の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として用いることができる、ホール効果素子を有しスイッチング回路を有するスイッチング型ホール素子（switched Hall element）を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２のスイッチング型ホール素子のためのクロック信号を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２のスイッチング型ホール素子によって供給される、変調されたオフセット成分を示すグラフである。
【図２Ｃ】図２のスイッチング型ホール素子によって供給される、変調されない磁界信号成分（magnetic field signal component）を示すグラフである。
【図３】図１のセンサ内のホール効果素子およびスイッチング回路として、また以下の磁界センサのホール効果素子およびスイッチング回路として用いることができる、ホール効果素子を有しスイッチング回路を有するスイッチング型ホール素子を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３のスイッチング型ホール素子のためのクロック信号を示すグラフである。
【図３Ｂ】図３のスイッチング型ホール素子によって供給される、変調されないオフセット成分を示すグラフである。
【図３Ｃ】図３のスイッチング型ホール素子によって供給される、変調された磁界信号成分を示すグラフである。
【図４】外部磁界の存在下で協働して応答するようになる、被測定磁界検出構成において並列に配置された２つのホール効果素子を示すブロック図である。
【図５】基準磁界検出構成になるように再接続され、図４の外部磁界の存在下にあり、また例えば２つのそれぞれのコイルによって２つの反対方向に生成され得る２つの基準磁界の存在下にある、図４の２つのホール効果素子を示すブロック図である。
【図５Ａ】基準磁界検出構成になるように再接続され、図５の外部磁界の存在下にあり、また例えば２つのそれぞれのコイルによって２つの反対方向に生成され得る２つの基準磁界の存在下にあり、２つの基準磁界がＡＣ磁界である、図４の２つのホール効果素子を示すブロック図である。
【図６】接続が、２つのフェーズにおいて被測定磁界検出構成と基準磁界検出構成との間で往復して交替し、被測定磁界検出構成にあるときは２つのホール素子のチョッピングはない、２つのホール素子を示すブロック図である。
【図７】接続が、４つのフェーズにおいて２つの被測定磁界検出構成と基準磁界検出構成との間で往復して交替し、２つの被測定磁界検出構成を達成するためにチョッピングされる２つのホール素子を示すブロック図である。
【図８】図７の２つのホール素子からの出力信号を示し、４つのフェーズのすべての間の信号を示すグラフである。
【図９】図７の２つのホール素子からの出力信号を示し、２つのホール素子の被測定磁界検出構成に対応する第１および第３のフェーズの間のみの信号示すグラフである。
【図１０】図７の２つのホール素子からの出力信号を示し、２つのホール素子の基準磁界検出構成に対応する第２および第４のフェーズの間のみの信号を示すグラフである。
【図１１】接続が、８つのフェーズにおいて４つの被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成の間で往復して交替し、４つの被測定磁界検出構成を達成するためにチョッピングされる２つのホール素子を示すブロック図である。
【図１２】ここではコイルとして示される２つの基準磁界導体に対応する、２つのホール素子を有し、かつ被測定（通常）磁界に応答して出力信号を生成するように構成された第１のチャネルと、２つの基準磁界導体によって生成される基準磁界に応答して出力信号を生成するように構成された第２のチャネルとの２つの電子チャネルを有する、磁界センサを示すブロック図である。
【図１３】図１２の磁界センサの一部分を示し、具体的には図１２の第１のチャネルは示しているが、第２のチャネルは示していないブロック図である。
【図１４】図１３の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１５】図１３の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１６】図１３の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１７】図１３の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１８】図１３の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図１９】図１２の磁界センサの別の部分を示し、具体的には図１２の第２のチャネルは示しているが、第１のチャネルは示していないブロック図である。
【図２０】図１９の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図２１】図１９の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図２２】図１９の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図２３】図１９の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【図２４】図１９の磁界センサ部分内の点での周波数スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明について述べる前に、いくつかの導入となる概念および専門用語について説明する。本明細書で用いられる「磁界検出素子」という用語は、磁界を検出することができる
多様なタイプの電子素子を表すように用いられる。磁界検出素子は、ホール効果素子、磁気抵抗素子、または磁気トランジスタとすることができるが、これらに限定されない。知られているように、互いに異なるタイプのホール効果素子、例えば平面ホール素子、垂直ホール素子、および環状ホール素子が存在する。さらに知られているように、互いに異なるタイプの磁気抵抗素子、例えば異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）素子、および磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子が存在する。
【００４６】
知られているように上述の磁界検出素子の一部は、磁界検出素子を支持する基板に平行な最大感度の軸を有する傾向があり、上述の磁界検出素子の他は、磁界検出素子を支持する基板に垂直な最大感度の軸を有する傾向がある。具体的には、すべてではないがほとんどのタイプの磁気抵抗素子は基板に平行な最大感度の軸を有する傾向があり、すべてではないがほとんどのタイプのホール素子は基板に垂直な感度の軸を有する傾向がある。
【００４７】
本明細書で用いられる「磁界センサ」という用語は、磁界検出素子を含む回路を表すように用いられる。磁界センサは、電流伝達導体によって伝達される電流によって生成される磁界を検出する電流センサ、強磁性または磁性物体の近接を検出する磁気スイッチ（本明細書では近接検出器とも呼ばれる）、通過する強磁性物を検出する回転検出器例えば歯車の歯、および磁界の磁界密度を検出する磁界センサ（例えば線形磁界センサ）を含むが、これらに限定されない多様な用途に用いられる。本明細書では線形磁界センサが例として用いられる。しかし本明細書で述べられる回路および技術は、磁界を検出することができる任意の磁界センサにも当てはまる。
【００４８】
本明細書で用いられる「磁界信号」という用語は、磁界検出素子が受ける磁界から結果として生じる、任意の回路信号を表すように用いられる。
【００４９】
以下で述べられる基準磁界検出構成動作モードは、概して、磁界センサの利得または感度を調整するために用いられる。しかし、基準磁界検出構成はまた、磁界センサの自己テストをもたらすために用いることができる。すなわち基準磁界動作モード時に出力信号が生成されない（または線形磁界センサの場合に出力信号が低すぎるまたは高すぎる）場合は、磁界センサは故障したと見なされる。したがって本明細書で用いられる「基準」という用語は、感度測定（自己テスト）および較正を包含するように用いられる。
【００５０】
図１を参照すると、従来技術の磁界センサ１０は、スイッチング回路１２内に接続されたホール効果素子１３を含む。スイッチング回路１２は、外部磁界に応答した差動出力信号１２ａ、１２ｂを生成するように構成されている。以下で述べられる多くの信号は差動信号であり得るが、差動という用語はすべての場合には用いられない。他の実施形態では、一部またはすべての信号はシングルエンド信号である。
【００５１】
スイッチング回路１２については、図２〜図２Ｃに関連して以下でより十分に述べる。ここでは、スイッチング回路１２は、周波数ｆｃのクロックを用いてホール効果素子１２への駆動信号（図示せず）をスイッチングすることを述べるに留める。
【００５２】
磁界センサ１０はまた、信号１２ａ、１２ｂを受け取るように接続され、チョッピングされた信号１４ａ、１４ｂを生成するように構成されたスイッチング回路１４を含む。スイッチング回路１４はまた、周波数ｆｃのクロックでスイッチングされる。スイッチング回路１２とスイッチング回路１４の組合せの動作は、図３〜図３Ｃに関連して以下でより十分に述べる。
【００５３】
増幅器１６は、チョッピングされた信号１４ａ、１４ｂを受け取るように接続され、増
幅された信号１６ａ、１６ｂを生成するように構成されている。スイッチング回路１８は、増幅された信号１６ａ、１６ｂを受け取るように接続され、逆多重化された信号１８ａ、１８ｂを生成するように構成されている。スイッチング回路１８は、周波数ｆｃのクロックでクロックされる。ローパスフィルタ２０は、逆多重化された信号１８ａ、１８ｂを受け取るように接続され、フィルタされた信号２０ａ、２０ｂを生成するように構成されている。ｓｉｎｘ／ｘ（ｓｉｎｃ）フィルタ２２は、フィルタされた信号２０ａ、２０ｂを受け取るように接続され、フィルタされた信号２２ａ、２２ｂ、すなわち磁界センサ１０からの出力信号を生成するように構成されている。
【００５４】
一部の実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２は、周波数ｆｃに第１のノッチを有するスイッチトキャパシタフィルタである。しかし、他の実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２は、デジタル的に生成される。他の実施形態では、ｓｉｎｃフィルタ２２は、アナログのクロックされないフィルタである。
【００５５】
ｓｉｎｃフィルタ２２に供給されるクロック周波数は、図に示されるように周波数ｆｃでノッチを生じるように、周波数ｆｃとすることができることが理解されるであろう。しかしまた、ｓｉｎｃフィルタ２２は、周波数ｆｃにおいてノッチを有するが、様々な周波数のクロック信号を用いて設計できることが理解されるであろう。以下では図に関連して、ｓｉｎｃフィルタ２２に供給されるクロックは周波数ｆｃであるように述べられる。しかし、目的とするのは周波数ｆｃにおけるノッチ周波数である。
【００５６】
磁界センサ出力信号２２ａ、２２ｂは、磁界検出素子１２が受ける磁界に比例した線形な信号であり、磁界センサ１０は線形磁界センサであることが理解されるであろう。しかし、他の実施形態では、比較器が信号２２ａ、２２ｂを受け取ることができ、したがって、比較器によって生成される磁界センサ出力信号は２状態信号であり、磁界センサは磁気スイッチである。また一部の実施形態では、フィルタ２０、２２の一方のみが用いられることが理解されるであろう。
【００５７】
図１の磁界センサの動作については、図１Ａに関連して以下で述べる。
【００５８】
次に図１Ａを参照すると、グラフ２６はそれぞれ、任意の単位での周波数の単位を有する横軸と、任意の単位での電力の単位を有する縦軸を含む。
【００５９】
グラフ２８は、信号１２ａ、１２ｂ（すなわち信号１２ａ、１２ｂの周波数スペクトル）を表し、外部磁界信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌに、ＤＣ外部磁界を示すゼロ周波数となり得る、ある周波数に現れる残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆを加えたものを表す。ホール効果オフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、クロックの周波数ｆｃに従う、様々な周波数にある。この効果については、図２〜図２Ｃに関連してさらに述べる。
【００６０】
ホール効果オフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、スイッチング回路１２がスイッチングしていないとき、すなわちホール効果素子１０４、１０６を通る電流が１つの特定のそれぞれの方向に向けられているときに、ホール効果素子１３の出力信号１２ａ、１２ｂに存在し得るＤＣ電圧誤差に対応する。グラフ２８に示されるように、ホール効果オフセット信号ＨａｌｌＯｆｆは、スイッチング回路１２のスイッチング動作によって差動信号１２ａ、１２ｂにおいて、より高い周波数にシフトされる（そしてグラフ３０に関連して以下で述べるように、スイッチ回路１４の動作によってシフトされＤＣに戻される）。残留オフセット信号ＲｅｓＯｆｆは、スイッチング回路１２がスイッチングしているときでも差動信号１２ａ、１２ｂ内にＤＣとして残る、残りのオフセット信号に対応する（そしてグラフ３０に関連して以下で述べるように、スイッチング回路１４の動作によってより高い周波数にシフトされる）。
【００６１】
グラフ３０はチョッピング後の信号１４ａ、１４ｂを表す。ホールオフセット信号ＨａｌｌＯｆｆはスイッチング回路１４の動作によってＤＣにシフトされ、信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌ＋ＲｅｓＯｆｆは周波数ｆｃにある。
【００６２】
グラフ３２は信号１６ａ、１６ｂを表す。グラフ３２では、増幅器１６のＤＣオフセットが、ＤＣでのホールオフセット信号に加えられ、結果としてＤＣでの信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆを生じる。
【００６３】
グラフ３４は、スイッチング回路１８の後の信号１８ａ、１８ｂを表す。図から分かるように、信号Ｂｅｘｔｅｒｎａｌ＋ＲｅｓＯｆｆはここではＤＣにあり、信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆはここでは周波数ｆｃにある。
【００６４】
グラフ３６は、フィルタ２０の後の信号２０ａ、２０ｂを表す。フィルタ２０の折点周波数は、周波数ｆｃより低くなるように選択される。信号ＨａｌｌＯｆｆ＋ＡｍｐＯｆｆは、必要に応じて低減される。
【００６５】
グラフ３８は、ｓｉｎｃフィルタ２２の後の信号２２ａ、２２ｂを示す。ｓｉｎｃフィルタ２２のノッチは、周波数ｆｃ、すなわちｓｉｎｃフィルタ２２のナイキスト周波数となるように選択される。グラフ３８および信号２２ａ、２２ｂには、外部磁界信号（それに加えていくらかの残留オフセット）のみが残る。ホール効果素子オフセット（ＨａｌｌＯｆｆ）は除去されている。
【００６６】
次に図２〜図２Ｃを参照すると、ホールオフセット成分（例えば５８）を変調するタイプのスイッチング型ホール素子５０は、ホール素子（またはホールプレート）５２と、変調回路５４とを含む。ホール素子５２は、４つのコンタクト５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、および５２ｄを含み、それぞれは、図のように、それぞれのスイッチ５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、および５６ｄの第１の端子に接続される。スイッチ５６ｂおよび５６ｃの第２の端子は、図ではＶｏ＋と名付けられたスイッチングされたホール出力信号の正ノードを形成するように接続され、スイッチ５６ａおよび５６ｄの第２の端子は、図ではＶｏ−と名付けられたスイッチングされたホール出力信号の負ノードを形成するように接続される。
【００６７】
他のスイッチ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、および６０ｄは、ホールコンタクト５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを電源電圧Ｖｓおよび接地に選択的に接続するように構成されている。より具体的には、図のように、スイッチ５６ｂ、５６ｄ、６０ａ、および６０ｃは、クロック信号ＣＬＫによって制御され、スイッチ５６ａ、５６ｃ、６０ｂ、および６０ｄは、相補的なクロック信号ＣＬＫ／によって制御される。クロック信号ＣＬＫおよびＣＬＫ／は、図２Ａに示されるように２つの状態またはフェーズΦ０°状態およびΦ９０°状態を有する。
【００６８】
動作時にはフェーズΦ０°の間は、電流は端子５２ａから端子５２ｃに流れ、スイッチングされたホール出力信号ＶｏはＶＨ＋Ｖｏｐに等しく、ただし、Ｖｏｐはホール素子オフセット電圧またはホールホールオフセット成分であり、ＶＨは磁界信号成分である。フェーズΦ９０°の間は、電流は端子５２ｂから端子５２ｄに流れ、スイッチングされたホール出力信号ＶｏはＶＨ−Ｖｏｐに等しい。したがって、変調回路５４は、ホールオフセット成分Ｖｏｐを変調し、これは図２Ｂに示される。図２Ｃに示されるように磁界信号成分ＶＨは、実質的に変化しないままとなる。
【００６９】
図３のチョッピング回路７０は、図１のスイッチング回路１２、１４の組合せとして用いることができる。
【００７０】
次に図３〜図３Ｃを参照すると、代替の、磁界信号成分を変調するタイプのスイッチング型ホール素子７０（これは図１のスイッチング回路１２、１４のために用いることができる）は、ホール素子７２と、変調回路７４とを含む。ホール効果素子７２は、図２のホール効果素子５２と同じであり、４つのコンタクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および７２ｄを含み、それぞれは、それぞれのスイッチ７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、および７６ｄの第１の端子に接続される。スイッチ７６ａおよび７６ｂの第２の端子は、図ではＶｏ＋と名付けられた、スイッチングされたホール出力信号の正ノードを形成するように接続され、スイッチ５６ｃおよび５６ｄの第２の端子は、図ではＶｏ−と名付けられたスイッチングされたホール出力信号の負ノードを形成するように接続される。したがって、図２および図３を比較すると、Φ９０°フェーズの間はホール素子の出力コンタクトは互いに交換されることが示される。
【００７１】
他のスイッチ８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、および８０ｄは、ホールコンタクト７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、および７２ｄを電源電圧Ｖｓおよび接地に選択的に接続するように構成されている。図のように、スイッチ７６ｂ、７６ｄ、８０ａ、および８０ｃは、クロック信号ＣＬＫによって制御され、スイッチ７６ａ、７６ｃ、８０ｂ、および８０ｄは、相補的なクロック信号ＣＬＫ／によって制御される。クロック信号ＣＬＫおよびＣＬＫ／は、図２の同様な信号と同一であり、したがって、図のように２つの状態またはフェーズΦ０°およびΦ９０°を有する。
【００７２】
動作時には、フェーズΦ０°の間は、電流は端子７２ａから端子７２ｃに流れ、スイッチングされたホール出力信号Ｖｏは、ＶＨ＋Ｖｏｐに等しい。フェーズΦ９０°の間は、電流は端子７２ｂから端子７２ｄに流れ、スイッチングされたホール出力信号Ｖｏは、−ＶＨ＋Ｖｏｐに等しい。したがって、変調回路７４は、磁気信号成分を変調して、変調された磁気信号成分ＶＨを生じ、これは図３Ｃに示される。図３Ｂに示されるように、オフセット成分Ｖｏｐは実質的に変化しないままとなる。
【００７３】
スイッチ８０ａ〜８０ｄは、図１のスイッチング回路１２と同じまたは同様なスイッチング回路を形成できることが理解されるであろう。またスイッチ７６ａ〜７６ｄは、図１のスイッチング回路１４と同じまたは同様なスイッチング回路を形成できることが理解されるであろう。
【００７４】
一部の実施形態では、図１のスイッチング回路１２とスイッチング回路１４の組合せは、図２〜図２Ｃに関連して上述したタイプのものではなく、図３〜図３Ｃに関連して上述したタイプのものである。
【００７５】
次に図４を参照すると、２つのホール効果素子は、一緒に並列に接続することができる。並列に接続された２つのホール効果素子は、図１〜図３Ｃに関連して上述した単一のホール効果素子のいずれの代わりに用いることができる。したがって、２つの並列のホール効果素子の出力（正および負）は、１つのホール効果素子からの正および負出力の代わりに用いることができる。駆動信号（図４には示さず）は、それらが上記の図のいずれかにおいて１つのホール効果素子を駆動するのと全く同じように、２つの並列のホール効果素子を駆動することができる。
【００７６】
本明細書では、ホール効果素子の並列構成は、以下でより十分に述べる基準磁界検出構成に対比して、被測定磁界検出構成と呼ばれる。
【００７７】
次に図５を参照すると、図４の２つのホール効果素子は、基準磁界検出構成で一緒に接続（すなわち再接続）することができる。この構成を用いて、２つのホール効果素子の組
合せは、２つのホール効果素子のそれぞれが受けるのと同じ方向において、外部磁界Ｂｅｘｔｅｒｎａｌに対して実質的に応答しないことが理解されるべきである。外部磁界に対する残留応答は、残留外部磁界信号を結果として生じ得る２つのホール効果素子の不整合によるものであり得る。
【００７８】
しかしまた、基準磁界検出構成に構成された２つのホール効果素子のそれぞれが受ける異なる方向において、２つの基準磁界Ｂｃｏｉｌに応答して、２つの磁界検出素子の組合せは、ゼロでない出力信号ＶＢｃｏｉｌを生成することが理解されるであろう。
【００７９】
図５Ａを参照すると、基準磁界検出構成に構成された２つのホール効果素子がやはり示される。この図では、２つの基準磁界Ｂｃｏｉｌのそれぞれの２つのフェーズ（方向）が示される。本質的に、ＡＣ基準磁界に応答して、出力信号ＶＢｃｏｉｌはＡＣ信号となる。しかし、２つのホール効果素子が基準磁界検出構成に構成されたときは、出力信号は、外部磁界がＤＣ磁界であるかＡＣ磁界であるかに拘らず、両方のホール効果素子において同じ方向にある外部磁界からの寄与分は実質的にゼロとなる。
【００８０】
次に図６を参照すると、同じ２つの磁界検出素子である、２つの磁界検出素子が２つの異なるフェーズ構成で示される。２つの異なるフェーズ構成は、図１２に関連して以下でより十分に述べるスイッチング回路によって交互に達成される。
【００８１】
本明細書で用いられる「フェーズ」という語は、多くの場合は、２つ以上の磁界検出素子の被測定磁界検出構成または基準磁界検出構成への接続構成と、基準磁界導体を通過する電流の方向との両方を表すために用いられ、基準磁界導体は、ここでは簡単な導体であるように示されるが、以下で述べる他の構成、例えば図１２の構成では、２つの基準磁界コイル部分からなるものとすることができる。本明細書で用いられるフェーズという語は、以下でより十分に述べるチョッピング構成を指すものではない。
【００８２】
始めにフェーズ１構成を参照すると、２つの磁界検出素子は、被測定磁界検出構成で接続され、これは図４に関連して上述した接続構成と同じまたは同様である。上述のように、この接続構成では、２つの磁界検出素子は、環境から受け得る外部磁界に応答し、いわゆる「被測定磁界応答信号」を合計で生成する。
【００８３】
基準磁界導体は、破線として示され、破線は基準磁界導体によって電流が伝達されていないことを示す。しかし、代替実施形態では基準磁界導体は、電流ＩＲＥＦを伝達することができる。
【００８４】
基準磁界導体によって伝達される電流は、基準磁界導体の周りに磁界を生成することが認識されるであろう。また、基準磁界導体の経路により磁界は、右側の磁界検出素子では紙面に入る方向、左側の磁界検出素子では紙面から出る方向を有することが認識されるであろう。したがって、基準磁界導体によって生成される２つの磁界は、２つの磁界検出素子において反対方向となる。被測定磁界検出構成では、２つの磁界検出素子は並列に接続され、共に同じ応答方向を有するので、基準磁界導体によって伝達される電流に応答して２つの磁界検出素子によって生成される出力信号は、ゼロまたはほぼゼロとなる。
【００８５】
したがって、基準磁界導体を通過する電流は、被測定磁界検出構成で接続されたときは、２つの磁界検出素子によって合計で生成される出力信号への影響はないかまたはわずかである。
【００８６】
これと対照的に、両方のホール素子を同じ方向に通過する、環境から受け得る被測定磁界に応答する、被測定磁界応答信号はゼロではない。したがって、フェーズ１構成で接続
されたときは２つの磁界検出素子は、基準磁界導体によって生成される磁界には応答しないが、被測定（外部または通常）磁界には応答する。
【００８７】
フェーズ２構成では、２つの磁界検出素子は、基準磁界検出構成で接続され、これは図５および図５Ａに関連して上述した接続構成と同じまたは同様である。上記の考察から、基準磁界検出構成にあるときは、２つの磁界検出素子は、紙面に垂直な磁界の反対方向に応答することが理解されるであろう。
【００８８】
２つの磁界検出素子のフェーズ２構成では、このフェーズ１構成に示されるものと同じ基準磁界導体である基準磁界導体は、電流ＩＲＥＦを伝達する。フェーズ１構成において上述したように、電流ＩＲＥＦは、２つの磁界検出素子において反対方向の磁界を生成する。基準磁界検出構成での２つの磁界検出素子は、磁界に対して反対の感度を有するので、電流ＩＲＥＦの存在下では、本明細書では「基準磁界応答信号」と呼ばれるゼロでない出力信号が、２つの磁界検出素子によって生成される。したがって、フェーズ２構成で接続されたときは、２つの磁界検出素子は、基準磁界導体によって生成される磁界には応答するが、被測定（外部または通常）磁界には応答しない。
【００８９】
以下の考察から、磁界センサは、フェーズ１およびフェーズ２構成の間で往復して交替することによって動作できることが明らかとなるであろう。この交替する構成を用いることによって、被測定磁界検出構成は常に同じとなり、したがって、２つのホール素子のチョッピングはないことが明らかであろう。被測定磁界検出構成におけるチョッピングについては、図７および図１０に関連して以下でより十分に述べる。
【００９０】
まとめて、それらは異なる時点であるが同じ２つの磁界検出素子から取得されるので、本明細書では、被測定磁界応答信号および基準磁界応答信号は単に、磁界に応答する「磁界信号」と呼ばれる。
【００９１】
以下の図から２つの磁界検出素子、例えば図６の２つの磁界検出素子は往復して交替されるので、磁界信号は、被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する被測定磁界応答信号部分と、基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分の両方を有することが明らかであろう。以下でさらに述べるように、被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成は往復して交互に生じるので、以下でより十分に述べるやり方で時分割多重化を用いることによって、被測定磁界応答信号部分は、基準磁界応答信号部分から分離することができる。
【００９２】
次に図７を参照すると、同じ２つの磁界検出素子である２つの磁界検出素子は、２つは被測定磁界検出構成、２つは基準磁界検出構成（各構成に関連付けられた２Ｘチョッピング構成）での、４つの異なるフェーズ構成において示される。４つの異なるフェーズ構成は、図１２に関連して以下でより十分に述べるスイッチング回路によって順次的にかつ反復して達成される。
【００９３】
始めにフェーズ１構成を参照すると、２つの磁界検出素子は、被測定磁界検出構成で接続され、これは図４に関連して上述した被測定磁界検出構成接続構成と同じまたは同様である。上述のようにこの接続構成によって、２つの磁界検出素子は、環境から受け得る外部磁界に応答し、被測定（外部）磁界に応答して被測定磁界応答信号を合計で生成する。
【００９４】
基準磁界導体は、破線として示され、破線は、基準磁界導体によって電流が伝達されていないことを示す。しかし、代替実施形態では、基準磁界導体は、電流を伝達することができる。
【００９５】
フェーズ２構成では、２つの磁界検出素子は、基準磁界検出構成で接続され、これは図５および図５Ａに関連して上述した基準磁界接続構成と同じまたは同様である。上記の考察から、２つの磁界検出素子は、２つの磁界検出素子が紙面に対して垂直の磁界に反対方向に応答するように接続されることが理解されるであろう。
【００９６】
２つの磁界検出素子のフェーズ２構成では、このフェーズ１構成で示されるものと同じ基準磁界導体である基準磁界導体は、電流ＩＲＥＦを伝達する。電流ＩＲＥＦは、２つの磁界検出素子において反対方向の磁界を生成する。基準磁界検出構成における２つの磁界検出素子は、磁界に対して反対の感度を有するので、電流ＩＲＥＦの存在下では、ゼロでない出力信号である基準磁界応答信号が２つの磁界検出素子によって生成される。フェーズ２構成では２つの磁界検出素子は、基準磁界導体によって生成される磁界に応答し、被測定（外部）磁界に応答しない。
【００９７】
フェーズ３構成では、２つの磁界検出素子は、やはり被測定磁界検出構成で接続される。しかし、２つの磁界検出素子は、フェーズ１構成で示されるものとは逆の極性を有するように接続される。逆の極性は、例えば図３〜図３Ｃに関連して述べた、２つの磁界検出素子の上述のチョッピングの一部を表す。
【００９８】
ホール素子内の矢印の異なる方向は、個々のホール素子の端子のうちの選択された２つへの駆動信号（図示せず）の異なる接続を示す。従来型のホール素子は、４端子デバイスであり、２つの端子は、駆動電流を通すように接続され、残りの２つの端子は、差動出力信号を生じる。４つの端子は、少なくとも４つの異なる構成で接続できることが認識されるであろう。個々のホール素子が２つ以上のこれらの異なる構成に接続され、２つ以上の異なる構成からの出力信号が算術的に処理（例えば、加算ないしは平均化）された場合は、算術的に処理された信号のオフセット電圧は、異なる構成のいずれか１つにおいて取得される出力信号より小さくなる。異なる構成に関連付けられた出力信号のこの加算または平均化は、上述の「チョッピング」に対応する。
【００９９】
図７の構成で、具体的には、フェーズ１およびフェーズ３の２つの被測定磁界検出構成は、２つのホール素子の２Ｘチョッピングを表す。本質的に、異なる時点で生じる被測定磁界応答信号部分は、算術的に処理することによってオフセット電圧を低減することができる。
【０１００】
２つの磁界検出素子のフェーズ３構成では、フェーズ１およびフェーズ２構成で示されるものと同じ基準磁界導体である基準磁界導体は、電流を伝達しない。しかし、代替実施形態では、基準磁界導体は電流を伝達することができる。フェーズ１構成と同じくフェーズ３構成では、合計での２つの磁界検出素子はやはり、基準磁界導体によって伝達される電流によって生成される磁界に応答しないが、外部磁界には応答する。
【０１０１】
フェーズ４構成では、２つの磁界検出素子は、やはり基準磁界検出構成で接続される。
【０１０２】
２つの磁界検出素子のフェーズ４構成では、フェーズ１、フェーズ２、およびフェーズ３構成で示される基準磁界導体とやはり同じである基準磁界導体は、電流ＩＲＥＦを伝達するが、フェーズ２構成で示されるものとは反対方向である。フェーズ２構成と同じくフェーズ４構成では、一緒にされた２つの磁界感応素子（magnetic field sensitive element）は、電流ＩＲＥＦによって生成される磁界に応答し、外部磁界に応答しない。
【０１０３】
まとめて、同じ２つの磁界検出素子からのものであるので、本明細書では被測定磁界応答信号および基準磁界応答信号は単に、磁界に応答する「磁界信号」と呼ばれる。
【０１０４】
以下の図から、２つの磁界検出素子、例えば図７の２つの磁界検出素子は往復して交替されるので、磁界信号は被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する被測定磁界応答信号部分と、基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する基準磁界応答信号部分の両方を有することが明らかであろう。被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成は、往復して交互に生じるので、以下でより十分に述べるやり方で時分割多重化を用いることによって、被測定磁界応答信号部分は、基準磁界応答信号部分から分離することができる。
【０１０５】
次に図８を参照すると、グラフ１００は、時間の任意の単位のスケールを有する横軸および電圧の任意の単位のスケールを有する縦軸を含む。磁界信号１０２は、例えば、４つのフェーズの間に図７に関連して上述した２つの磁界検出素子によって生成され得る磁界信号を表す。
【０１０６】
グラフ１００は、４つの期間ｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４を示す。期間ｔ０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４のそれぞれは、図７のフェーズ１、フェーズ２、フェーズ３、およびフェーズ４のそれぞれに対応する。磁界信号１０２は、２つの磁界検出素子が４つのフェーズ、フェーズ１、フェーズ２、フェーズ３、およびフェーズ４を通して順序付けられるのに従って、図７の２つの磁界検出素子によって生成され得る、被測定磁界応答信号部分１０２ａ、基準磁界応答信号部分１０２ｂ、被測定磁界応答信号部分１０２ｃ、および基準磁界応答信号部分１０２ｄを含む。
【０１０７】
２つの被測定磁界応答信号部分１０２ａ、１０２ｃは、駆動信号の異なる接続により、始めにフェーズ１で一方の方向、次いでフェーズ３で他方の方向での大きさを有して、２つの磁界検出素子によって検出され得る外部磁界の大きさを表す大きさを有する。
【０１０８】
２つの基準磁界応答信号部分１０２ｂ、１０２ｄは、始めにフェーズ２で一方の方向、次いでフェーズ４で他方の方向の、図６の基準磁界導体を通過する電流ＩＲＥＦによって生成され得る、基準磁界（反対方向の２つの基準磁界部分）の大きさを表す大きさを有する。
【０１０９】
磁界信号１０２はオフセット電圧１０４を有する。したがって、２つの被測定磁界応答信号部分１０２ａ、１０２ｃは、オフセット電圧１０４を中心とする大きさを有する。同様に２つの基準磁界応答信号部分１０２ｂ、１０２ｄは、オフセット電圧１０４を中心とする大きさを有する。
【０１１０】
オフセット電圧１０４は、望ましくないことが理解されるべきである。以下でより十分に述べる技術によってオフセット電圧１０４は除去することができる。
【０１１１】
次に、図８と同じ要素が同じ参照記号を有して示される図９を参照すると、グラフ１２０は、図８に関連して示されたものと同じ横軸および縦軸を有する。しかし、この図では、時分割多重化によって図８の磁界信号１０２から分離され得る、２つの被測定磁界応答信号部分１０２ａ、１０２ｃのみが示される。
【０１１２】
次に、図８と同じ要素が同じ参照記号を有して示される図１０を参照すると、グラフ１４０は、図８に関連して示されたものと同じ横軸および縦軸を有する。しかし、この図では、時分割多重化によって図８の磁界信号１０２から分離され得る、２つの基準磁界応答信号部分１０２ｂ、１０２ｄのみが示される。
【０１１３】
次に図１１を参照すると、２つの磁界検出素子がやはり示されるが、この図では、８つの異なるフェーズ、すなわち磁界検出素子の接続および導体を通る電流の方向を有する。
図６および図７の構成のように、フェーズ１、フェーズ２、フェーズ３、フェーズ４、フェーズ５、フェーズ６、フェーズ７、フェーズ８の諸フェーズは、被測定磁界検出構成で（すなわち測定期間の間に）、および基準磁界検出構成で（すなわち基準期間の間に）接続される磁界検出素子の間で往復して交替する（各構成に関連する４Ｘチョッピング構成）。この図では、電流は、２つの磁界検出素子の１つおきのフェーズで方向が交替することが示される。
【０１１４】
やはり、フェーズ１、フェーズ３、フェーズ５、およびフェーズ７の被測定磁界検出構成にあるときは、導体を通る電流はオフにすることができ、これは破線で示される。
【０１１５】
フェーズ１、フェーズ３、フェーズ５、フェーズ７の被測定磁界検出構成のそれぞれは、２つの磁界検出素子内の矢印の異なる方向によって示されるように、駆動信号（図示せず）の異なる接続（すなわち４つの異なる接続）を有する。４つの異なる接続により、図１１に示される構成は４Ｘチョッピング構成であり、これら４つの異なるフェーズからの出力信号は、被測定磁界検出構成にあるときにオフセット電圧の低減を達成するために、加算ないしは平均化できることが認識されるであろう。
【０１１６】
図１２を参照すると磁界センサ２００は、この図では導電性基準磁界コイルの形で示される２つの基準磁界導体２０６ａ、２０６ｂを含み、それぞれの基準磁界コイルは、２つの基準磁界コイルを通って流れる電流に応答して、反対方向の磁界を生成するように、他方とは反対方向に巻かれる。２つの基準磁界導体２０６ａ、２０６ｂは、直列に接続され、スイッチング回路２０４によって電流２０２を受け取るように接続される。制御信号２０４ａに応答してスイッチング回路２０４は、２つの基準磁界導体２０６ａ、２０６ｂを通過する電流２０２の方向を周期的に反転するように動作可能である。
【０１１７】
磁界センサ２００はまた、この図では２つのホール素子の形で示される２つの磁界検出素子２０８、２１０を含む。２つの磁界検出素子２０６、２０８は、スイッチング回路２１２内に接続される。２つのホール素子２０８、２１０が示されるが、他の実施形態では同様な回路および機能は２つ以上の磁気抵抗素子を用いて達成することができる。
【０１１８】
制御信号２１２ａに応答してスイッチング回路２１２は、図６、図７、および図１１に関連して上記に示した被測定磁界検出構成および基準磁界検出構成に、２つの磁界検出素子２０８、２１０を往復して接続するように動作可能である。往復してスイッチングすることは、図６に表される被測定磁界検出構成のときはチョッピングなし、図７に表される被測定磁界検出構成のときは２Ｘチョッピング、図１１に表される被測定磁界検出構成のときは４Ｘチョッピング、または他のチョッピング構成を有することができる。
【０１１９】
差動磁界信号とすることができる磁界信号は、参照記号Ａによって識別される。上述のように、磁界信号Ａは、被測定磁界検出構成で接続されたときに被測定磁界に応答する（基準磁界には応答しない）被測定磁界応答信号部分と、基準磁界検出構成で接続されたときに基準磁界に応答する（被測定磁界には応答しない）基準磁界応答信号部分との両方を含むことができる。２つの信号部分は、例えば図６、図７、または図１１に関連して上述したように、周期的に交互に生じることができる。
【０１２０】
スイッチング回路２１４は、差動信号すなわち磁界信号Ａを受け取るように接続され、参照記号Ｂによって識別され差動信号として示される、スイッチングされた信号を生成するように構成されている。スイッチング回路２１４は、スイッチング回路２１２と共に２つのホール素子２０８、２１０の完全なチョッピングをもたらし、スイッチング回路２１４、２１２は、それぞれ図３のスイッチ８０ａ〜８０ｄおよび７６ａ〜７６ｄに相当することが理解されるべきである。しかし、２Ｘチョッピングを示す図３〜図３Ｃの構成と異
なり、図１２のスイッチング回路２１２、２１４は、例えば図１１に示される４Ｘチョッピングを表す。
【０１２１】
スイッチング回路２１４は、制御信号２１４ａを受け取るように接続される。増幅器２１６は、スイッチングされた信号Ｂを受け取るように接続され、参照記号Ｃによって識別され差動信号として示される、増幅された信号を生成するように構成されている。
【０１２２】
第１の回路チャネルすなわち被測定磁界チャネルの一部では、スイッチング回路２１８は、差動信号Ｃを受け取るように接続され、参照記号Ｄによって識別され差動信号として示される、スイッチングされた信号を生成するように構成されている。
【０１２３】
第１の回路チャネルの他の部分では、フィルタ回路２２０は、差動信号Ｄを受け取るように接続され、別のフィルタ回路２２２によって受け取られるフィルタされた信号を生成するように構成されている。フィルタ回路２２２は、参照記号Ｆによって識別され差動信号として示される、出力信号を生成するように構成することができる。出力信号Ｆは上述の被測定磁界応答信号とすることができる。
【０１２４】
第２の回路チャネルすなわち基準磁界検出チャネルの一部では、スイッチング回路２２４は、差動信号Ｃを受け取るように接続され、参照記号Ｅによって識別され差動信号として示される、スイッチングされた信号を生成するように構成されている。
【０１２５】
第２の回路チャネルの他の部分では、フィルタ回路２２６は、差動信号Ｅを受け取るように接続され、別のフィルタ回路２２８によって受け取られるフィルタされた信号を生成するように構成されている。フィルタ回路２２８は、参照記号Ｇによって識別され差動信号として示される、出力信号を生成するように構成することができる。出力信号Ｇは上述の基準磁界応答信号とすることができる。
【０１２６】
出力信号ＦおよびＧ、すなわち被測定磁界応答信号部分および基準磁界応答信号部分は、繰り返し周期的に往復して生じることができる。
【０１２７】
磁界センサ２００はまた、出力信号Ｇすなわち基準磁界応答信号を受け取るように接続され、基準信号ＶＲＥＦを受け取るように接続され、誤差信号２１９ａを生成するように構成された増幅器２１９を含むことができる。バイアス回路は、誤差信号２１９ａを受け取るように接続され、バイアス信号２３０ａ、２３０ｂを生成するように構成され、バイアス信号２３０ａ、２３０ｂは一部の実施形態では電流信号とすることができ、スイッチング回路２１２によって２つのホール素子２０８、２１０のそれぞれの２つの端子を駆動および通過するように構成されている。
【０１２８】
動作時には誤差信号２１９ａは、バイアス信号２３０ａ、２３０ｂの大きさを制御する。出力信号Ｇが基準信号ＶＲＥＦと比べて大き過ぎる場合は、結果としてバイアス信号２３０ａ、２３０ｂの減少を生じる。したがって、磁界センサ２００の実効的な利得または感度が、基準電圧ＶＲＥＦと比較して制御される。
【０１２９】
一部の代替実施形態では代わりに、誤差信号２１９ａは増幅器２１６の利得を制御する。
【０１３０】
一部の他の代替実施形態では増幅器２１９は用いられず、代わりに出力信号Ｇは、出力信号Ｆに関係する信号の大きさを調整するように別のプロセッサ（図示せず）によって受け取られ使用される。
【０１３１】
磁界センサ２００の他の動作については、図１３〜図２４に関連して以下で述べる。具体的には、図１３は、２つの磁界検出素子２０８、２１０が被測定磁界検出構成で繰り返し周期的に接続されたときの図１２の磁界センサ２００を示す。同様に図１９は、２つの磁界検出素子２０８、２１０が、例えば図７の基準磁界検出構成で繰り返し周期的に接続されたときの図１２の磁界センサ２００を示す。
【０１３２】
次に、図１２と同じ要素が同じ参照記号を有して示される図１３を参照すると、被測定磁界応答信号Ｆを生成する第１のチャネルのみを有する、図１２磁界センサ２００の一部分３００が示される。
【０１３３】
２つの磁界検出素子２０８、２１０が、繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときは、スイッチング回路２０４は、いずれの構成にも接続される。この図では、スイッチング回路２０４はスイッチングしないことが示され、これはスイッチング回路２１２によって２つの磁界検出素子２０８、２１０が被測定磁界検出構成に接続される各時点で、スイッチング回路２０４はパススルーとなることを意味する。
【０１３４】
また被測定磁界検出構成にあるときは、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂを通る電流２０２はゼロに設定することができる。上記の考察から、２つの磁界検出素子２０８、２１０が被測定磁界検出構成で接続されるときは、一緒にされてそれらは同じ方向の磁界に応答するが、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂによって反対方向に生成される磁界には応答しないことが理解されるであろう。したがって、電流２０２は、電力を節約するためにゼロに設定することができる。
【０１３５】
スイッチング回路２１４は、スイッチング回路２１４の内側のスイッチング記号によって示され、これは、スイッチング回路２１２により２つの磁界検出素子２０８、２１０の被測定磁界検出構成接続が生じる各時点で、スイッチング回路２１４は２つの磁界検出素子２０８、２１０と増幅器２１６との間の接続を反転することを意味する。この結果として磁界信号Ａの成分の周波数シフトを生じる。
【０１３６】
スイッチング回路２１８はまた、スイッチング回路２１８の内側のスイッチング記号によってスイッチングすることが示され、やはりスイッチング回路２１２により２つの磁界検出素子２０８、２１０の被測定磁界構成接続が生じる各時点で、スイッチング回路２１８は、増幅器２１６とフィルタ回路２２０との間の接続を反転することを意味する。これはまた結果として、以下でさらに述べるように増幅された信号Ｃの成分の別の周波数シフトを生じる。
【０１３７】
図に示されるように制御信号２１４ａ、２１８ａは、ｆｃｋのスイッチング速度でそれぞれのスイッチング回路２１４、２１８を切り替える。これと対照的に、スイッチング回路２１２は、２ｆｃｋのスイッチング速度で切り換わり、これはスイッチング回路２１２は、制御信号２１２ａのクロックサイクルの１つおきに、２つの磁界検出素子２０８、２１０の被測定磁界検出構成を達成することを意味する。
【０１３８】
図１４〜図１８は、繰り返し周期的に通常構成の動作モードで接続される２つの磁界検出素子２０８、２１０を有する、磁界センサ２００の部分３００内で生じる信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＦの周波数領域のグラフを示す。具体的には図１４〜図１８は、被測定磁界検出構成動作モードの場合の図１１の４Ｘチョッピングを表す。
【０１３９】
次に図１４を参照すると、グラフ３２０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ３２０は、定常なすなわち変化しない磁界の存在下にあるときは３つのスペクトル線を含む。磁界は検出また
は外部磁界である。
【０１４０】
グラフ３２０は、図１３の磁界センサ部分３００に関連する磁界信号Ａ、すなわち磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときに取得される磁界信号Ａを表す。
【０１４１】
第１のスペクトル線（左）は、ＤＣに生じ、外部または検出磁界の大きさＢｅｘｔに、図１３の２つの磁界検出素子２０８、２１０によって生成される（チョッピング後の）望ましくない残留オフセット電圧を加えたものに対応する。
【０１４２】
第２のスペクトル線は周波数ｆｃｋ／２に生じ、上述の４Ｘチョッピングの結果として生じる。
【０１４３】
第３のスペクトル線は周波数ｆｃｋに生じ、これもまた上述の４Ｘチョッピングの結果として生じる。
【０１４４】
次に図１５を参照すると、グラフ３３０は、周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ３３０は、定常なすなわち変化しない磁界の存在下にあるときは３つのスペクトル線を含む。磁界は検出または外部磁界である。
【０１４５】
グラフ３３０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１３の磁界センサ部分３００に関連する磁界信号Ｂを表す。
【０１４６】
図から分かるように、図１２および図１３のスイッチング回路２１４の動作によって周波数がシフトされている。
【０１４７】
第１のスペクトル線（左）は、ＤＣに生じ、図１４の第３のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１４８】
第２のスペクトル線は、周波数ｆｃｋ／２に生じ、図１４の第２のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１４９】
第３のスペクトル線は、周波数ｆｃｋに生じ、外部または検出磁界の大きさＢｅｘｔに、図１３の２つの磁界検出素子２０８、２１０によって生成される（チョッピング後の）望ましくない残留オフセット電圧を加えたものに対応する、図１４の第１のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１５０】
次に図１６を参照すると、グラフ３４０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ３４０は、定常なすなわち変化しない磁界の存在下にあるときは３つのスペクトル線を含む。磁界は、検出または外部磁界である。
【０１５１】
グラフ３４０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１３の磁界センサ部分３００に関連する磁界信号Ｃを表す。
【０１５２】
図から分かるように、増幅器２１６は、ＤＣに現れる図１５の第１のスペクトル線にオフセット成分ＡｍｐＯｆｆを追加する。他の点では図１６の３つのスペクトル線は図１５
のものと同じであるが、増幅器２１６の利得に従ってスケーリングされる。
【０１５３】
次に図１７を参照すると、グラフ３５０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ３５０は、定常なすなわち変化しない磁界の存在下にあるときは３つのスペクトル線を含む。磁界は、検出または外部磁界である。
【０１５４】
グラフ３５０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１３の磁界センサ部分３００に関連する磁界信号Ｄを表す。
【０１５５】
図から分かるように、図１２および図１３のスイッチング回路２１８の動作によって周波数がシフトされている。
【０１５６】
第１のスペクトル線（左）は、ＤＣに生じ、外部または検出磁界の大きさＢｅｘｔに、図１３の２つの磁界検出素子２０８、２１０によって生成される、（チョッピング後の）望ましくない残留オフセット電圧を加えたものに対応する、図１６の第３のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１５７】
第２のスペクトル線は、周波数ｆｃｋ／２に生じ、図１６の第２のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１５８】
第３のスペクトル線は、周波数ｆｃｋに生じ、図１６の第１のスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１５９】
次に図１８を参照すると、グラフ３６０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ３６０は、定常なすなわち変化しない磁界の存在下にあるときは１つのスペクトル線を含む。磁界は、検出または外部磁界である。
【０１６０】
グラフ３６０は、２つの磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に被測定磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１３の磁界センサ部分３００に関連する磁界信号Ｆを表す。
【０１６１】
図から分かるように、図１２および図１３のフィルタ回路２２０、２２２の動作によって図１７のいくつかのスペクトル成分は除去されており、外部または検出磁界の大きさＢｅｘｔに、図１３の２つの磁界検出素子２０８、２１０によって生成される、（チョッピング後の）望ましくない残留オフセット電圧ＲｅｓＯｆｆを加えたものに対応する大きさを有するＤＣでのスペクトル線のみが残る。図１８のスペクトル線は上述の被測定磁界応答信号を表す。
【０１６２】
次に、図１２と同じ要素が同じ参照記号を有して示される図１９を参照すると、基準磁界応答信号Ｇを生成する第２のチャネルのみを有する、図１２の磁界センサ２００の一部分４００は示される要素を含む。
【０１６３】
２つの磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときは、スイッチング回路２０４は、スイッチング回路２１２によって２つの磁界検出素子２０８、２１０が基準磁界検出構成に接続されるたびに、電流２０２の方向を反転するように切り替える。
【０１６４】
基準磁界検出構成にあるときは、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂを通る電流２０２は値をＩＲＥＦに設定することができる。上記の考察から、２つの磁界検出素子２０８、２１０は、基準磁界検出構成で接続されたときは一緒にされて、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂによって反対方向に生成される反対方向の磁界に応答し、外部または検出磁界による同じ方向の磁界には応答しないことが理解されるであろう。
【０１６５】
スイッチング回路２１４は、スイッチングしていないように示され、これはスイッチング回路２１２によって２つの磁界検出素子２０８、２１０の基準磁界検出構成接続を生じるたびに、スイッチング回路２１４はスイッチングせずに、単に磁界信号Ａを信号Ｂとして増幅器２１６に渡すことを意味する。この結果として、以下でさらに述べるように磁界信号Ａの成分の周波数シフトは生じない。
【０１６６】
これと対照的にスイッチング回路２２４は、スイッチング回路２２４の内側のスイッチング記号によってスイッチングするように示され、これはスイッチング回路２１２によって２つの磁界検出素子２０８、２１０の基準磁界検出構成接続を生じるたびに、スイッチング回路２１８は増幅器２１６とフィルタ回路２２６との間の接続を反転することを意味する。この結果として、以下でさらに述べるように増幅された信号Ｃの成分の周波数シフトを生じる。
【０１６７】
図に示されるように、制御信号２０４ａ、２２４ａは、ｆｃｋのスイッチング速度でそれぞれのスイッチング回路２０４、２２４を切り替える。これと対照的に、スイッチング回路２１２は、２ｆｃｋのスイッチング速度で切り換わり、これはスイッチング回路２１２は、制御信号２１２ａのクロックサイクルの１つおきに、２つの磁界検出素子２０８、２１０の基準磁界検出構成を達成し、クロックサイクルの他のもので被測定磁界検出構成を達成することを意味する。
【０１６８】
図２０〜図２４は、繰り返し周期的に基準磁界検出構成動作モードで接続される２つの磁界検出素子２０８、２１０を有する、磁界センサ２００の部分４００内で生じる信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、およびＧの周波数領域のグラフを示す。具体的には、図２０〜図２４は、基準磁界検出構成動作モードの場合の図１１の４Ｘチョッピングを表す。
【０１６９】
次に図２０を参照すると、グラフ４２０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ４２０は、スイッチング回路２０４の動作による電流２０２の周期的反転によって生成される、周期的に反転する基準磁界の存在下にあるときは２つのスペクトル線を含む。
【０１７０】
グラフ４２０は、図１９の磁界センサ部分４００に関連する磁界信号Ａ、すなわち磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときに取得される磁界信号Ａを示す。
【０１７１】
第１のスペクトル線（左）は、ＤＣに生じ、外部または検出磁界に対する残留感度の大きさＲｅｓＢｅｘｔに、図１９の２つの磁界検出素子２０８、２１０によって生成される（チョッピングなしの）望ましくないオフセット電圧を加えたものに対応する大きさを有する。
【０１７２】
第２のスペクトル線は、周波数ｆｃｋに生じ、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂによって生成される基準磁界の大きさに対応する大きさＢｃａｌを有する。このスペクトル線はすでに、スイッチング回路２０４のスイッチングの動作によって周波数ｆｃｋにシフトされている。
【０１７３】
次に図２１を参照すると、グラフ４３０は、周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ４３０は、スイッチング回路２０４の動作による電流２０２の周期的反転によって生成される、周期的に反転する基準磁界の存在下にあるときは２つのスペクトル線を含む。
【０１７４】
グラフ４３０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１９の磁界センサ部分４００に関連する磁界信号Ｂを表す。
【０１７５】
２つの磁界検出素子２０８、２１０が基準磁界検出構成で接続されたときは、図１２および図１９のスイッチング回路２１４は、単にパススルーとして働くので、グラフ４３０は、図２０のグラフ４２０と同じスペクトル線を有する。
【０１７６】
次に図２２を参照すると、グラフ４４０は、周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ４４０は、スイッチング回路２０４の動作による電流２０２の周期的反転によって生成される、周期的に反転する基準磁界の存在下にあるときは２つのスペクトル線を含む。
【０１７７】
グラフ４４０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１９の磁界センサ部分４００に関連する磁界信号Ｃを表す。
【０１７８】
図から分かるように、増幅器２１６は、ＤＣに現れる図２１のスペクトル線にオフセット成分ＡｍｐＯｆｆを追加する。他の点では図２２の２つのスペクトル線は図２１のものと同じであるが、増幅器２１６の利得に従ってスケーリングされる。
【０１７９】
次に図２３を参照すると、グラフ４５０は周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸を有する。グラフ４５０は、スイッチング回路２０４の動作による電流２０２の周期的反転によって生成される、周期的に反転する基準磁界の存在下にあるときは２つのスペクトル線を含む。
【０１８０】
グラフ４５０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１９の磁界センサ部分４００に関連する磁界信号Ｅを表す。
【０１８１】
図から分かるように、図１２および図１９のスイッチング回路２２４の動作によって周波数がシフトされている。
【０１８２】
第１のスペクトル線（左）は、ＤＣに生じ、図２２の第２のスペクトル線の大きさに関係し、２つの基準磁界コイル２０６ａ、２０６ｂによって生成される基準磁界の大きさＢｃａｌに対応する大きさを有する。このスペクトル線は、スイッチング回路２２４の動作によってＤＣにシフトされる。
【０１８３】
第２のスペクトル線は、周波数ｆｃｋに生じ、図２２の第１のＤＣのスペクトル線の大きさに関係する大きさを有する。
【０１８４】
次に図２４を参照すると、グラフ４６０は、周波数の任意の単位のスケールを有する横軸および大きさの任意の単位のスケールを有する縦軸と有する。グラフ４６０は、１つのスペクトル線を含む。
【０１８５】
グラフ４６０は、磁界検出素子２０８、２１０が繰り返し周期的に基準磁界検出構成で接続されるときに取得される、図１９の磁界センサ部分４００に関連する磁界信号Ｇを表す。
【０１８６】
図から分かるように、図１２および図１９のフィルタ回路２２６、２２８の動作によって図２３の他のスペクトル成分は除去されており、基準磁界の大きさＢｃａｌに対応する大きさを有するＤＣでのスペクトル線のみが残る。図２３のスペクトル線は、上述の基準磁界応答信号を表す。
【０１８７】
本明細書では回路および技術は、磁界センサの較正によって説明され得るが、磁界センサの自己テストをもたらすために同じ技術を使用できることが理解されるべきである。すなわち図１２および図１９の基準磁界応答信号部分Ｇを、例えば信号が許容限界内であるかどうかを識別するために別のプロセッサによって検査することができる。
【０１８８】
本明細書に記載のすべての参考文献は、その全体を参照により本明細書に組み込むものとする。
【０１８９】
本特許の主題である様々な概念、構造、および技術を示すために役立つ、好ましい実施形態について述べてきたが、当業者にはこれらの概念、構造、および技術を組み込んだ他の実施形態を使用できることが明らかであろう。したがって本特許の範囲は、述べられた実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲によってのみ限定されるべきであることが提示される。
【図１】
2017040658.tif 000003
【図１Ａ】
2017040658.tif 000004
【図２】
2017040658.tif 000005
【図２Ａ】
2017040658.tif 000006
【図２Ｂ】
2017040658.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図３】
2017040658.tif 000009
【図３Ａ】
2017040658.tif 000010
【図３Ｂ】
2017040658.tif 000011
【図３Ｃ】
2017040658.tif 000012
【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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