磁耦合元件以及磁耦合型隔离器 |
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| 申请号 | CN200880008117.7 | 申请日 | 2008-01-31 | 公开(公告)号 | CN101632183B | 公开(公告)日 | 2012-03-21 |
| 申请人 | 欧姆龙株式会社; 财团法人电气磁气材料研究所; | 发明人 | 山元政昭; 仮屋雄一; 丰岛克久; 小林伸圣; 矢野健; | ||||
| 摘要 | 一种磁耦合元件以及磁耦合型隔离器。磁耦合元件(2)具有： 磁场 产生 电路 ，其具有根据输入 电流 而产生磁场的励磁线圈(7a、7b)；具有两个输出(12a、12b)的检测桥式电路，其具有通过施加由磁场产生电路产生的磁场而使 电阻 值变化的至少一对 磁阻效应 元件(9a、9b)，所述两个输出生成对应于磁场产生电路产生的磁场强度的 电压 差，通过将所述磁耦合元件(2)的磁场产生电路以及检测桥式电路的几何形状分别线对称或点对称地形成，在高频也可得到高的S/N比。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磁耦合元件，具有： |
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| 说明书全文 | 磁耦合元件以及磁耦合型隔离器技术领域背景技术[0003] 在电位不同的电路间，在进行信号传送时，需要如下的接口，即，在输入输出之间进行电绝缘的同时，通过某种方式使输入信号通过绝缘体且向输出侧供给。使信号通过绝缘体的方法通常大致分为三种。即，分别是使用光、磁场或电场的方法。作为使用光的光耦合型隔离器，具有光耦合器；作为使用磁场的磁耦合型隔离器，具有利用有脉冲变压器或巨大磁阻(GMR)元件的GMR隔离器；作为使用电场的电场耦合型隔离器，具有利用了输入输出间的绝缘体的微小静电量的电容耦合隔离器。 [0004] 这些种类的隔离器都是具有在输入输出之间电绝缘和信号耦合两种功能的绝缘型接口。基于光的耦合对于在来自外部的电场磁场的影响具有抵抗性，而使用有磁场或电场的耦合相比于光，可实现传送速度的大幅度提高。 [0005] 光耦合器主要由发光二极管(LED)和光检测器构成，输入输出之间通过树脂而被电绝缘。在LED流过电流时LED发光，光经由树脂到达光检测器。频率特性直至成为由DC决定的频率之前是平直的，传送速度由内部的光学元件等诸特性决定，在数字传送中，以数10Mbps为界限。 [0006] 脉冲变压器通过在一次线圈与二次线圈之间的电磁感应而进行信号传送，也能够进行传输效率高的双向通信。在频率特性中不能够进行DC传输。这是因为，通过一次线圈的电流变化产生的磁场变化在二次线圈中作为电流变化被检测出，由此不能够对不伴随电流变化的DC信号进行传输。脉冲变压器的高速化的界限可以说是由芯的磁性材料决定的。另外，在目前正在普及的千兆位LAN中，在规格上决定传送频带为100MHz，故而在实现1Gbps时，使用四个具有250Mbps的传输速度的线路，另外，针对每一线路进行多进制数值化(五进制)。即，在网络钟使用的脉冲变压器的动作速度适用于千兆位LAN的传送频带的情况下，在二进制数字传送中为125Mbps左右。 [0007] GMR隔离器能够将脉冲变压器的二次线圈置换成使用有GMR元件的磁场传感器。将根据输入电流的变化而产生的磁场强度的变化作为电阻值的变化而由GMR元件检测，故而能够传送DC信号。传送速度基本上难以超过脉冲变压器，但是在数字传送中可实现 100Mbps。相对于脉冲变压器，GMR隔离器具有在到达由DC决定的频率之前是平直的频率特性，故而定位为代替光耦合器的高速的隔离设备，在狭义上可表现为“磁耦合器”。 [0008] 电容耦合隔离器通过输入输出间的绝缘体的微小静电容而进行信号传送。由于信号和干扰共享同一路径，故而需要将信号的频带设定得比干扰高。即，在绝缘体的微小的静电容中，信号容易通过，干扰不易通过。因此，频率特性限定在高频的频带，不能够传送DC。传送速度在数字传送中可实现150Mbps。 [0009] 在这些绝缘型接口中需要高速化的背景之一为：设备控制的高精度化和高速化由于基于半导体技术进步的高速麦克风、DSP、FPGA的登场而正在普及，但是，高速的微机类成为干扰源，会对周边电路(模拟电路等)产生较大的影响。因此，在今后的设备的高精度化和高速化中，要求接口元件也高速化和高绝缘化。 [0010] 在实现数字传送的高速化时，需要降低S/N比并进行多进制数值化、需要扩大传送频带，但是，另一方面，DC信号的传送也成为课题。在网络中的脉冲变压器的用途中，无需进行DC传送，但是作为其他用途，在一定时间、相同电平的数字信号连续时，要求不进行符号化而直接作为信号进行传送、将模拟信号波形直接传送，为了实现这些目的，需要进行DC信号的传送。在电容耦合隔离器中，在传送DC信号时，也具有通过将DC信号转变成脉冲宽幅调制(PWM)信号来进行传送的方法，但在该情况下，需要另外构建用于此的的电路系统。在这样的用途中，GMR隔离器能够进行DC传送且频带宽，故而与其他方式相比是有利的。 [0011] 作为现有的GMR隔离器，在涡卷状的输入线圈与使用有GMR元件的磁场传感器之间设置静电屏蔽，另外，通过使静电屏蔽接地而降低输入输出间的漂移电容(参照专利文献1及专利文献2)。这是因为，若降低输入输出间的漂移电容，则能够抑制在输入输出之间电压急剧变化时、在输出侧产生的干扰。即，利用能够提高输入输出间的同相模式信号除去能力的结构。 [0012] GRM隔离器的100Mbps以上的高速化成为课题。若提高传送速度，则通过例如流过输入线圈的高频信号在输出侧的磁场传感器产生基于感应电压的干扰。通过输入线圈与磁场传感器之间的静电屏蔽也能够抑制由感应电压产生的干扰，但是，由于静电屏蔽是导体，故而通过来自输入线圈的磁场而在将磁场变化消除的方向上产生涡电流，由此，产生磁场减弱的问题。若磁场衰减，则伴随着信号级的减少，S/N比下降，由此，信号波形的品质变差，使得电路误动作。 [0013] 另外，现有的GMR隔离器在输入线圈和磁场传感器的配置、构造等方面，在进行高频化上具有如下的问题。如图20所示，现有的GMR隔离器，具有磁耦合元件103和差动接收器(差动放大器)104，所述磁耦合元件103通过成为输入线圈101及检测电路102的、包含GMR元件的惠斯登电桥构成，所述差动接收器104将磁耦合元件的两个输出差值并放大。磁耦合元件103可理解为有输入侧一个和输出侧两个的元件，通过利用差动接收器104将检测电路102的惠斯登电桥的与两个输出口位相相反的两个差动信号差值，能够降低同相的通用模式干扰。但是，输入口和各输出口不仅磁耦合，而且也电容耦合以及电感耦合。因此，频率提高时，输入口与两个输出口之间的阻抗差增大，向两个输出口输出不能够被差动接收器104除去的非对称的标准模式干扰信号。 [0014] 根据如下的【式1】所示的香农定理(シヤノン定理)，数字传送中的传送速度C(bit/sec.)由频带宽B与信号对干扰比(S/N比)决定。 [0015] 【式1】 [0016] [0017] 根据该式，若S/N增大，通过进行基于多进制数值化的传送，则能够提高传送速度。在传送速度的决定元件中，在考虑确保频带多少为好的情况下，在该式中，使传送速度C一定，则若S/N比增大，通过进行多进制数值化，能够抑制频带B。但是，通常在谋求元件的高速化的情况下，以二进制的数字传送为基本，并且为了实现可靠性高的数字传送，大多情况是较大地设定相对于传送速度的带宽并进行开发。例如根据脉冲波形进行二进制的数字传送时，通过相对于传送速度确保3倍左右的传送频带，可得到高的可靠性。即，在实现100Mbps时，作为一个目标，设置DC至300MHz左右的频带宽。 [0018] 另一方面，若着眼于元件的传送频率特性，则随着频率从数10MHz附近逐渐增加，两个输出端子中的传送电路的对称性逐渐得不到保障，由于由感应电压引起的干扰增大，伴随与此，S/N比下降。因此，虽然也具有限制频带并且在确保S/N比的同时通过多进制数值化提高传送速度的方法，但由于还需要实现可靠性高的数字传送，故而多进制数值化带来的高速化有限。因此，在进行高速化时需要扩大频带。 [0019] 即，若在100Mbps以下，则通过抑制传送频带，无视传送电路的非对称性并且不受感应电压产生的干扰的影响，容易进行元件的设计，另外，根据情况也可利用多进制数值化。但是，若为100Mbps以上，则在抑制传送频带并进行多进制数值化上也产生界限，故而不得不将传送频带向高频侧扩展。但是，若将传送频带向高频侧扩展，则伴随于此，由传送电路的非对称性产生的、由两个不同的感应电压引起的干扰的影响逐渐增大，故而，不利于高速化。另外，在现有的GMR隔离器中，通过插入静电屏蔽能够降低由感应电压引起的干扰，但是传送电路的非对称性即使插入静电屏蔽也不改变，故而为了进行高速化而将传送频带向高域侧扩展时，结果还是达到静电屏蔽插入的界限。 [0020] 作为输出端子中的感应电压的产生原因，可大致分为静电容的耦合、和相互阻抗的耦合这两种。前者基于输入输出间的漂移电容的路径而产生的，后者是输入侧的导体与输出侧的传感器的导体之间的电磁感应的耦合。实际上，即使设有静电屏蔽，输入输出间的漂移电容也会残留。另外，关于输入输出间的相互阻抗的耦合，通过施加输入侧的交流磁场，在输出侧的传感器的导体上会产生涡电流，但是，通过配置输出侧的电路，假定在输出端子产生感应电压。其产生原因是，频率越高，影响越大。 [0021] 专利文献1：(日本)特表2001-521160号公报 [0022] 专利文献2：(日本)特表2003-526083号公报 [0023] 专利文献3：(日本)特表2000-516714号公报 [0024] 专利文献4：(日本)特表2005-515667号公报 发明内容[0025] 本发明是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于提供一种在高频下也能够得到高S/N比的磁耦合元件以及磁耦合型隔离器。 [0026] 为了实现上述目的，本发明的磁耦合元件，具有：磁场产生电路，其根据输入电流而产生磁场；检测桥式电路，其具有一对磁阻效应元件和两个输出，通过施加由所述磁场产生电路产生的磁场，所述一对磁阻效应元件使电阻值变化，所述两个输出生成对应于所述磁场产生电路产生的磁场的强度的电压差，所述磁场产生电路以及所述检测桥式电路的几何形状分别线对称或点对称地形成。 [0027] 根据该构成，由于磁路产生电路图案的输入与检测桥式电路的两个输出之间的电容耦合以及电感耦合相同，故而，相对于高频的输入，产生的干扰为同相、同波形。因此，通过获得检测桥式电路的两个输出的差值，不论频率如何都能够得到无干扰的输出。 [0028] 另外，在本发明的磁耦合元件中，所述磁场产生电路也可以具有电气上并联连接的、几何形状对称的两个励磁线圈。 [0029] 根据该构成，通过将线圈分成两个设置，容易使一次侧的电路在几何学上对称。 [0031] 根据该构成，通过以输入侧的电极端子为基准，将磁场产生电路以及检测桥式电路镜面对称地配置，能够形成在二次侧的输出产生同相的干扰这样的几何对称的形状。 [0032] 另外，在本发明的磁耦合元件中，也可以构成为：所述磁阻效应元件具有：磁阻效应膜；成对的导电连接臂，其由软磁性材料形成，从所述磁阻效应膜分别向相互相反的方向延伸，并且配置在所述磁场产生电路产生的磁场中。 [0033] 根据该构成，能够形成根据磁场产生电路产生的磁场而增大电阻值的磁阻效应元件，提高检测桥式电路的灵敏度。 [0034] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述检测桥式电路具有一对固定电阻，所述磁阻效应元件和所述固定电阻在几何学上对称地配置，所述固定电阻具有：一对磁阻效应膜；成对的导电连接臂，其由非磁性材料形成，从所述磁阻效应膜分别向相互相反的方向延伸，并且配置在所述磁场产生电路产生的磁场中。 [0035] 根据该构成，通过将几何形状相同的磁阻效应元件和固定电阻对称配置，能够使检测桥式电路的两个输出各自的相对于所述磁场产生电路的输入的电容性以及电感性的耦合状态相同，输出电压的干扰成分成为同相、同波形，能够通过差动放大器而相互抵消。另外，通过使用非磁性材料的导电连接臂，能够将磁阻效应元件用作为固定电阻。 [0036] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述检测桥式电路具有一对固定电阻，该一对固定电阻在所述磁场产生电路的外部与所述导电连接臂连接，所述检测桥式电路相对于所述一对磁阻效应膜的中点而点对称地形成。 [0037] 根据该构成，能够使两个输出的相对于输入的电容性以及电感性的耦合状态相同，通过使检测桥式电路点对称，在桥式电路中容易将磁阻效应膜配置在对角位置，能够在两个输出产生与磁场的强度成比例的电位差。 [0038] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述检测桥式电路具有一对固定电阻，该一对固定电阻在所述磁场产生电路的外部与所述导电连接臂连接，所述检测桥式电路相对于将所述一对磁阻效应膜连接的直线而线对称地形成。 [0039] 根据该构成，能够使两个输出的相对于输入的电容性以及电感性的耦合状态相同，并且能够在两个输出生成与磁场的强度成比例的电位差。 [0040] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述磁场产生电路具有平面地形成的励磁线圈，所述检测桥式电路在所述励磁线圈的两面对称地配置。 [0041] 根据该构成，也能够使两个输出的相对于输入的电容性以及电感性的耦合状态相同，并且能够在两个输出生成与磁场的强度成比例的电位差。 [0042] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述磁阻效应元件具有：磁阻效应膜；成对的导电连接臂，其由软磁性材料形成，从所述磁阻效应膜分别向相互相反的方向延伸，并且配置在所述磁场产生电路产生的磁场中。 [0043] 根据该构成，能够形成根据磁场产生电路产生的磁场而增大电阻值的磁阻效应元件，提高检测桥式电路的灵敏度。 [0044] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述检测桥式电路具有一对固定电阻，所述固定电阻具有：一对磁阻效应膜；成对的导电连接臂，其由非磁性材料形成，从所述磁阻效应膜分别向相互相反的方向延伸，并且配置在所述磁场产生电路产生的磁场中，所述磁阻效应元件和所述固定电阻在所述励磁线圈的两面对称地配置。 [0045] 另外，在本发明的磁耦合元件中，可以构成为：所述检测桥式电路具有一对固定电阻，该一对固定电阻在所述磁场产生电路的外部与所述导电连接臂连接，所述检测桥式电路在所述励磁线圈的两面对称地形成。 [0046] 另外，在本发明的磁耦合元件中，所述磁阻效应膜由含有金属以及绝缘体的纳米颗粒材料形成为好。 [0047] 另外，本发明中的磁耦合型离合器具有上述任一磁耦合元件、和将所述检测桥式电路的两个输出的差值输出的差动放大器，还可以具有缓冲放大器，其分别将所述检测桥式电路的两个输出放大。另外，差动放大器不仅限于具有放大增益(增益)的结构，也包含没有增益的结构(差分器)。 [0048] 根据本发明，通过将磁场产生电路以及检测桥式电路几何学上线对称或点对称地形成，能够将生成与磁场产生线圈产生的磁场的强度成比例的电位差的、检测桥式电路的两个输出相对于输入的电容性以及电感性的耦合产生的干扰成分形成同相、同波形，可通过差动放大器将干扰相互抵消。附图说明 [0049] 图1是本发明第一实施方式的磁耦合型隔离器的电路图； [0050] 图2是图1的磁耦合型隔离器的磁耦合元件的平面图； [0051] 图3是图2的磁耦合元件的示意图； [0052] 图4是本发明第二实施方式的磁耦合元件的平面图； [0053] 图5是本发明第三实施方式的磁耦合元件的示意图； [0054] 图6是图5的磁耦合元件的平面图； [0055] 图7是本发明第四实施方式的磁耦合元件的平面图； [0056] 图8是本发明第五实施方式的磁耦合元件的示意图； [0057] 图9是图8的磁耦合元件的平面图； [0058] 图10是本发明第六实施方式的磁耦合元件的示意图； [0059] 图11是图10的磁耦合元件的平面图； [0060] 图12是本发明第七实施方式的磁耦合元件的平面图； [0061] 图13是本发明第八实施方式的磁耦合元件的立体图； [0062] 图14是本发明第九实施方式的磁耦合元件的立体图； [0063] 图15是用于模拟的本发明的磁耦合器的模型； [0064] 图16是用于模拟的现有的磁耦合器的模型； [0065] 图17是用于模拟的低频型的差动放大器的特性图； [0066] 图18是用于模拟的高频型的差动放大器的特性图； [0067] 图19是表示磁耦合型隔离器的模拟结果的图表； [0068] 图20是现有的磁耦合型隔离器的电路图。 [0069] 附图标记说明 [0070] 1磁耦合型隔离器 [0071] 2磁耦合元件 [0072] 3差动放大器 [0073] 4磁场产生电路 [0074] 5检测桥式电路 [0075] 6、6a、6b输入端子 [0076] 7、7a、7b励磁线圈 [0077] 8、8a、8b接地端子 [0078] 9a、9b磁阻效应元件 [0079] 10固定电阻 [0080] 11、11a、11b电源端子 [0081] 12a、12b输出端子 [0082] 19a、19b磁阻效应膜 [0083] 20a、20b磁阻效应膜 [0084] 21a、21b导电连接臂 [0085] 22a、22b导电连接臂 [0086] 23a、23b导电连接臂 [0087] 24a、24b导电连接臂 [0088] 27导电图案 具体实施方式[0089] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。 [0090] 图1表示本发明第一实施方式的磁耦合型隔离器1的电路图。磁耦合型隔离器1由磁耦合元件2和差动放大器3构成。 [0091] 磁耦合元件2具有相互的接地(基准电位)分离的磁场产生电路4以及检测桥式电路5。 [0092] 磁场产生电路4具有输入一次侧电流i的输入端子6、从输入端子6分支并电气并联设置的励磁线圈7a、7b、将通过励磁线圈7a、7b的电流分别接地的接地端子8a、8b。 [0093] 检测桥式电路5是由两个磁阻效应元件9a、9b以及两个固定电阻10a、10b构成的惠斯登电桥，具有施加电源电压V0的电源端子11、和两个检测输出端子12a、12b。 [0094] 差动放大器3具有分别将检测桥式电路5的两个输出放大的缓冲放大器13a、13b、和将缓冲放大器13a、13b的输出的差值放大输出的主放大器14。 [0095] 图2表示本实施方式的磁耦合型隔离器1的磁耦合元件2的具体形状。磁耦合元件2通过光刻技术在基板15之上排列形成成为磁场产生电路4的电位的基准的接地图案16、和成为检测桥式电路5的电位的基准的接地图案17，进而，在其之上形成各层被未图示的绝缘膜分隔的导电图案，由此，形成磁场产生电路4以及检测桥式电路5。 [0096] 如图所示，磁耦合元件2的磁场产生电路4以及检测桥式电路5以将输入端子6和电源端子11连接的直线为中心而线对称(镜面对称)地形成。 [0097] 在接地图案16、17之上首先形成绝缘膜，然后形成磁场产生电路4的输入端子6以及励磁线圈7a、7b的下层的导电图案。在其之上由绝缘膜分隔而形成有磁阻效应元件检测桥式电路5，进而，再由绝缘膜分隔，形成磁场产生电路4的接地端子8a、8b以及励磁线圈7a、7b的上层的导电图案。励磁线圈7a、7b的上层导电图案和下层导电图案通过贯通绝缘膜的多个线圈连接层18而相互连接，形成有内部包含一部分检测桥式电路5的立体的励磁线圈7a、7b。形成于上层的导电图案中的接地端子8a、8b通过贯通绝缘膜的接地连接层19而分别与接地图案16连接。 [0098] 磁场产生电路4通过在输入端子6与接地图案16之间施加电流，产生贯通励磁线圈7a、7b的磁场。励磁线圈7a、7b左右对称地形成，但由于电流的绕流方向相同，故而二者产生的磁场的朝向相同。 [0099] 检测桥式电路5在分别被励磁线圈7a、7b包含在内的对称位置成对地配置，具有由含有金属以及绝缘体的纳米颗粒材料形成的磁阻效应膜19a、19b及磁阻效应膜20a、20b。并且，检测桥式电路5具有以相互成对的方式、从磁阻效应膜19a、19b、20a、20b沿着励磁线圈7a、7b形成的磁场向相互相反的方向延伸至励磁线圈7a、7b外侧的导电连接臂21a、 21b、导电连接臂22a、22b、导电连接臂23a、23b以及导电连接臂24a、24b。导电连接臂21a和导电连接部23a的从励磁线圈7a突出的端部彼此通过构成输出端子12a的导电图案而相互连接，导电连接臂22a和导电连接部24a的从励磁线圈7b突出的端部彼此通过构成输出端子12b的导电图案而相互连接。导电连接臂21b和导电连接部22b的从励磁线圈7a、 7b突出的端部彼此通过接地图案26而相互连接，所述接地图案26通过贯通绝缘层的接地连接层25与接地图案17连接。导电连接臂23b和导电连接臂24b的从励磁线圈7a、7b突出的端部彼此通过具有电源端子11的导电图案27而相互连接。 [0100] 导电连接臂21a、21b及导电连接臂24a、24b由软磁性材料构成，导电连接臂22a、22b及导电连接臂23a、23b由非磁性材料构成。即，位于相互相对位置的成对的导电连接臂 21a、21b和成对的导电连接臂22a、22b、或者成对的导电连接臂23a、23b和成对的导电连接臂24a、24b具有相互线对称的几何形状，但是其材质相互不同。 [0101] 由软磁性材料构成的成对的导电连接臂21a、21b及24a、24b引导由励磁线圈7a、7b产生的磁通，并且施加给磁阻效应膜20a及21b。因此，磁阻效应膜20a及21b根据输入到输入端子的电流值以相同的比例增减电阻值。即，导电连接臂21a、21b和磁阻效应膜19a成为一体，构成根据励磁线圈7a产生的磁场的强度来改变电阻值的磁阻效应元件9a，导电连接臂24a、24b和磁阻效应膜20a成为一体，构成根据励磁线圈7b产生的磁场的强度而改变电阻值的磁阻效应元件9b。 [0102] 另一方面，由非磁性材料构成的成对的导电连接臂22a、22b及23a、23b排斥励磁线圈7a及7b产生的磁通，不施加给磁阻效应膜20a及21b。因此，磁阻效应膜20b以及21a几乎不根据输入到输入端子的电流来增减电阻值。即，导电连接臂23a、23b和磁阻效应膜20a成为一体，构成不对励磁线圈7a产生的磁场造成影响的固定电阻10a，导电连接臂 22a、22b和磁阻效应膜20a成为一体，构成不对励磁线圈7b产生的磁场造成影响的固定电阻10b。 [0103] 由此，通过磁场产生电路4和磁阻效应元件9a、9b的磁耦合，向由磁阻效应元件9a、9b及固定电阻10a、10b形成的惠斯登电桥的输出端子12a、12b输出与施加到输入端子的电流值成比例的电压。 [0104] 另外，由于磁场产生电路4及检测桥式电路5线对称地构成，故而从输出端子12a及12b看到的相对于磁场产生电路4的电容耦合以及电感耦合的程度，在输出端子12a和输出端子12b上不会有差异。因此，通过与输入侧的电容耦合和电感耦合，在输出端子12a以及12b上感应同相、同波形的干扰。即，若获得两输出端子12a、12b电压的差值，则能够利用差动放大器3将由电容耦合以及电感耦合产生的干扰除去。 [0105] 为了提高检测桥式电路4的对称性且提高输出灵敏度，由软磁性材料构成的导电连接臂21a、21b、24a、24b和由非磁性材料构成的导电连接臂22a、22b、23a、23b具有尽可能相等的电阻值为好。 [0106] 在本实施方式中，被由非磁性材料构成的导电连接臂22a、22b及23a、23b夹着的磁阻效应膜19a及20a也可以置换成未表现出磁阻效应的电阻体。此时，理想的是，若由与导电连接臂22a、22b及23a、23b相同的软磁性材料形成导电连接臂21a、21b及24a、24b，则不仅在几何形状上对称，在磁气特性上也对称，故而更加理想。 [0107] 另外，在本实施方式中，导电连接臂21a、21b、22a、22b、23a、23b以及24a、24b延伸到励磁线圈7a、7b的外侧，但接地图案26、导电图案27以及输出端子12a、12b对称地延伸到励磁线圈7a、7b的内部，在磁阻效应膜19a、19b、20a、20b的两侧配置短的导电连接臂21a、21b、22a、22b、23a、23b以及24a、24b。 [0108] 图3简略化表示本实施方式的磁耦合元件2的构造。在图3中，输入端子6被分割成位于两个相对位置的输入端子6a、6b。在该输入端子6a、6b连接有相同的输入并且输入相等的输入电流。 [0109] 如该图所示，本实施方式的磁耦合元件2需要相对于将检测桥式电路4的电源端子11和接地位置(接地连接层25)连接的直线L线对称(镜面对称)地形成。 [0110] 图4表示本发明第二实施方式的磁耦合元件2。在以下的说明中，对以与先前说明的构成要素相同目的设置的构成要素标注相同的附图标记并省略说明。 [0111] 在本实施方式中，励磁线圈7a、7b由平面地形成的涡卷状的导电图案构成，但与第一实施方式相同的方面在于，相对于磁场产生电路3的输入端子6、检测桥式电路5的电源端子11以及接地连接层25线对称地形成。另外，本实施方式的输出端子12a、12b横切励磁线圈7a、7b而延伸到磁耦合元件2的端部。 [0112] 在本实施方式中，由于磁阻效应膜19a以及20b的电阻值根据励磁线圈7a、7b产生的磁场而发生变化，故而向输出端子12a、12b之间输出与输入电流成比例的电压。另外，从输出端子12a、12b看到的、与输入侧的电容耦合以及电感耦合相同，故而，在输出端子12a及12b感应出的干扰形成同相、同波形，并且由差动放大器除去。 [0113] 图5表示本发明第三实施方式的磁耦合元件2的概略。在本实施方式中，检测桥式电路5是惠斯登电桥，其包括：磁阻效应元件9a、9b，其由被软磁性材料构成的导电连接臂21a、21b及22a、22b夹着的一对磁阻效应膜19a及19b构成；一对电阻体28a及28b，其配置在构成固定电阻10a、10b的励磁线圈7a及7b的外部。 [0114] 在本实施方式中，励磁线圈7a、7b成为一体，对磁阻效应膜19a、19b施加磁场。 [0115] 在本实施方式中，所有的构成要素以磁阻效应膜19a、19b的中点P为中心在三维空间中点对称地配置。由此，从输出端子12a及12b看到的、磁场产生电路4及检测桥式电路的几何形状相对地相等，感应出的电容性以及电感性的干扰能够由差动放大器除去。 [0116] 图6表示本实施方式的具体形状。在本实施方式中，两个励磁线圈1a、1b的输入端子6a、6b以及接地端子8a、8b点对称地配置，但励磁线圈7a、7b产生的磁场的方向相同。另外，检测桥式电路5在从磁阻效应膜19a、19b向两侧延伸且在励磁线圈7a、7b中并列的、由软磁性材料构成的导电连接臂21a、21b、22a、22b的端部，设有输出端子12a、电源端子11、输出端子12以及接地图案26，并列的导电连接臂21a、22a及21b、22b分别在励磁线圈7a、7b的外部通过电阻体28a、28b而相互连接。 [0117] 图7表示本发明第四实施方式。本实施方式通过将第三实施方式的磁场发生电路34的接地端子8a、8b配置在对称中心的通孔8构成。 [0118] 在本实施方式中，与第三实施方式同样地，在输出端子12a及12b感应出的电容性以及电感性的干扰能够被差动放大器除去。 [0119] 图8表示本发明第五实施方式的磁耦合元件2的概略。本实施方式与第三实施方式不同，所有的构成元件相对于对称轴Z旋转对称，即二维地点对称形成。另外，在本实施方式中，励磁线圈7a、7b各自独立，对磁阻效应膜19a或19b施加磁场。 [0120] 图9表示本实施方式的具体形状。在本实施方式中，励磁线圈7a和7b并列配置，对被由软磁性材料构成的导电连接臂21a、21b及22a、22b夹着的磁阻效应膜19a、19b施加电场。另外，电阻体28a、28b配置在输出端子12a与接地图案26之间、以及电源端子11与输出端子12之间。 [0121] 由附图可知，在本实施方式中，从输出端子12a及12b各自看到的、磁场产生电路4以及检测桥式电路5的几何形状相同。 [0122] 图10表示本发明第六实施方式的磁耦合元件2的概略。本实施方式具有相对于对称轴L线对称(镜面对称)的几何形状，但在磁耦合元件2的内部，在构成闭路之前，对被由软磁性材料构成的导电连接臂21a、21b及22a、22b分别夹着的磁阻效应膜19a、19b及电阻体28a、28b不进行连接，通过磁耦合元件2外部的配线完成惠斯登电桥。 [0123] 即，检测桥式电路5的输入端子以及接地的导体图案26分别分成输入端子11a、11b以及导体图案26a、26b而设置。通过利用磁耦合元件2的外部配线构成损害检测桥式电路5的几何对称性的电路，从输出端子12a、12b各自看到的、磁场产生电路4以及检测桥式电路5的几何形状相同。 [0124] 图11表示本实施方式的具体形状。如图所示，磁耦合元件2的构成要素全部左右相对配置，但作为输入端子11a、11b以及接地图案26a、26b所使用的图案在左右不同。需要将相互连接输入端子11a和11b的配线与相互连接接地图案26a和26b的配线交叉，若设置在磁耦合元件2上，则损害其对称性，但通过在磁耦合元件2的外部进行配线，则能够进行无电容耦合及电感耦合的连接。 [0125] 另外，如图12所示的本发明的第七实施方式，能够将第六实施方式的励磁线圈7a、7b形成平面涡卷状的线圈。 [0126] 图13表示本发明第八实施方式的磁耦合元件2。本实施方式将图12的磁耦合元件2在对称轴L弯折而将励磁线圈7a、7b重合形成一体。 [0127] 即，本实施方式的磁耦合元件2具有平面地形成的一个励磁线圈7，将检测桥式电路5、即磁阻效应膜19a、19b、导电连接臂21a、21b等在励磁线圈7的两面对称地配置。 [0128] 另外，也可以如图14所示的本发明的第九实施方式这样地，将图4的第二实施方式的磁耦合元件2以对称轴L弯折。 [0129] 在第八实施方式以及第九实施方式中，显而易见，从输出端子12a及12b各自看到的、磁场产生电路4以及检测桥式电路5的几何形状相同。 [0130] 如上所述的、在本发明的磁耦合元件2的两个输出含有同相的干扰成分。但是，实际的差动放大器3，在频率提高的情况下，不能够充分地去除同相的干扰。因此，以下表示对含有差动放大器3的本发明的磁耦合型隔离器1的性能进行模拟的结果。 [0131] (模拟例) [0132] 图15及图16表示用于该模拟的磁耦合元件的模型。图15是基于本发明第一实施方式的模型，图16是用于比较的现有的磁耦合器的模型。另外，图17及图18表示用于模拟的两种差动放大器的特性。图17所示的差动放大器是对应至800MHz的低频型的差动放大器，相位偏置为0.05°，延迟时间为0.02nsec，综合增益为11dB。另外，图18所示的差动放大器是对应至10GHz的高频型的差动放大器，相位偏置为0.006°，延迟时间为0.001nsec，综合增益为20dB。 [0133] 图19表示在以上的各磁耦合元件和差动放大器的组合中，通过磁场分析模拟分析的结果得到的S/N比的频率特性。 [0134] 如图所示，通过使用本发明的磁耦合器，与使用现有的磁耦合器的情况相比，干扰水平降低，能够增大S/N比。特别是，降低干扰水平的效果随着频率的降低而更加显著。但是，在各差动放大器的使用领域中对于高频域的干扰水平也是十分实用的。 |
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