KR100846078B1

KR100846078B1 - 방위계

Info

Publication number: KR100846078B1
Application number: KR1020037015068A
Authority: KR
Inventors: 아베야스노리; 시모에오사무
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2008-07-14
Anticipated expiration: 2022-05-21
Also published as: EP1394508B1; CA2447711A1; JP4006674B2; CN1531642A; US20040111906A1; KR20040008183A; US6826842B2; CA2447711C; EP1394508A4; WO2002095330A1; EP1394508A1; JP2002350136A; CN100367001C

Abstract

방위계를 얇고 또한 면적을 작게 하기 위해, 평면 코일과, 적어도 2군의 박막 자기 저항 효과 소자군을 배치하여, 각각이 MR 브리지를 구성하도록 함과 동시에, 지자기의 직교 2성분을 검지하여 출력하고, 이들 출력치로부터 방위 정보를 얻는다.

자기 저항 소자, 방위 정보, 바이어스 자계, 방위계, 바이어스 코일, 포화 자계, 미러 이미지, 평면 코일

Description

방위계{Azimuth meter}

본 발명은 평면 코일과 박막 자기 저항 효과 소자(이하, 약자로 '자기 저항 소자' 라고도 한다)를 겹쳐 사용한 편평형(扁平型) 방위계, 특히 소형, 경량이고, 모바일 기기에 적합한 방위계에 관한 것이다.

자기 저항 소자는 그 자화 용이 축 방향으로 전류를 흘렸을 때에, 그것에 직각인 방향으로 자계를 인가하면, 전류의 방향에서의 전기 저항은 자계의 크기에 의해 감소하는 자기 저항 효과를 가진다. 전기 저항(이하, 약자로 '저항' 이라고도 한다)과 인가하는 자계 강도와의 관계는 도 20과 같이 된다.

Hk를 포화 자계로 하면 자기 저항 소자에 1/2·Hk 정도의 바이어스(bias) 자계를 인가한 상태에서는, 외부 자계 H와 저항 R은 거의 직선 관계에 있다. 이와 같이 어느 값의 바이어스 자계를 인가한 상태에서, 외부 자계 H와 저항 R과의 직선 관계를 이용하면 외부 자계의 크기를 저항치에 의해 판독할 수 있다. 지자기(地磁氣)가 직교하는 2성분 각각을 적당한 바이어스를 인가한 2군의 자기 저항 소자군으로 판독, 연산하면 측정 지점에서의 방향을 측정할 수 있다.

4개의 직교하는 자기 저항 소자(91, 92, 93, 94)를 도 21과 같이 MR 브리지에 조립하여, 도 22에 단면 모식도, 도 23에 외관도를 도시하는 바와 같이, 자기 저항 소자의 전류 방향에 대하여 45°의 각도가 되도록 2개의 직교하는 바이어스 자계를 인가할 수 있도록 2개의 바이어스 코일(101, 102)을 자기 저항 소자의 외부에 붙인 홀더(holder)에 감은 방위계가 사용되고 있다.

방위를 측정할 때에는, 한쪽의 바이어스 코일(101)('x 방향 코일' 이라고 한다)에 의해, MR 브리지가 된 4개의 자기 저항 소자(91, 92, 93, 94)에 +x 방향 바이어스를 인가하면서 MR 브리지가 된 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정하고, 다음으로 같은 바이어스 코일(101)에 의해 자기 저항 소자에 -x 방향 바이어스를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. +x 방향 바이어스 인가시와 -x 방향 바이어스 인가시의 중간 전위차끼리의 차이를 구하면, 이 차이가 지자기의 수평 분력과 x 축 방향과의 각도 θ의 정현과 비례한 것이 된다.

다음으로 다른쪽 바이어스 코일(102)('y 방향 코일' 이라고 한다)에 의해, 풀 브리지가 된 4개의 자기 저항 소자(91, 92, 93, 94)에 +y 방향 바이어스를 인가하면서 MR 브리지가 된 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정하고, 이어서 같은 바이어스 코일(102)에 의해 자기 저항 소자에 -y 방향 바이어스를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. +y 방향 바이어스 인가시와 -y 방향 바이어스 인가시의 중간 전위차끼리의 차이를 구하면, 이 차이가 지자기의 수평 분력의 방향 θ와는 sin(π/2-θ)에, 즉 각도 θ의 여현과 비례한다.

이들 y 방향 출력 Vy와 x 방향 출력 Vx로부터 지자기의 수평 분력의 방향 θ= tan^-1Vx/Vy로 하여 방위를 측정할 수 있다.

그렇지만, 실제로는, 자기 저항 소자에의 인가 자계와 저항과의 관계에는 히스테리시스(hysteresis)가 있어, 도 20에 도시한 것보다도 오히려 도 24와 같이 된다. 인가 자계 강도 H를 올리면 도 24의 위 곡선을 타고 포화가 되고, 그곳으로부터 인가 자계 H를 내리면 아래 곡선을 탄다.

그래서, 방향을 측정할 때에, 이 히스테리시스의 영향을 고려하여, 바이어스 자계를 인가하기 전에 포화 자계를 인가해 두는 것이 행하여지고 있다.

예를 들면, 일본 특개평 5-157565호 공보에 있는 바와 같이, 위에서 설명한 자기 저항 소자와 2개의 직교하는 바이어스 코일로 이루어지는 방위계를 사용하여 방향을 측정할 때에, +x 방향으로 포화 자계 Hk를 인가하고, 이어서 +x 방향 바이어스 자계 Hb를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. 그리고, 같은 바이어스 코일에 의해 -x 방향으로 포화 자계 -Hk를 인가하고, 이어서 -x 방향 바이어스 자계 -Hb를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. 이렇게 하여 구한 +x 방향 바이어스 인가시와 -x 방향 바이어스 인가시의 중간 전위차끼리의 차이를 x 방향 출력 Vx로 한다.

다음으로, 다른쪽 바이어스 코일에 의해, +y 방향으로 포화 자계를 인가하고, 이어서 +y 방향 바이어스를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. 그리고, 같은 바이어스 코일에 의해 -y 방향으로 포화 자계를 인가하고, 이어서 -y 방향 바이어스를 인가하면서 자기 저항 소자간의 중간 전위차를 측정한다. 이렇게 하여 구한 +y 방향 바이어스 인가시와 -y 방향 바이어스 인가시의 중간 전위차끼리의 차이를 y 방향 출력 Vy로 한다. 이들 Vx와 Vy로부터 상기한 바와 동일하게 방위를 측정하는 것이다.

위에서 설명한 MR 브리지에 조립한 4개의 직교하는 자기 저항 소자는 1장의 세라믹 기판 상에 Ni계 합금막을 증착하여, 에칭에 의해 꾸불꾸불한 형태의 각 자기 저항 소자로서 형성할 수 있다. 그 때문에, 극히 작고, 또한 얇은 것으로 할 수 있다. 그러나, 그것을 x 방향, y 방향으로 둘러싸고 형성한 2개의 바이어스 코일은 자기 저항 소자 브리지의 외주에 설치되어 있기 때문에, 두께가 3mm 정도이고 면적이 10mm×10mm 정도의 것으로 되어 있었다.

또한, 방위를 측정하는 순서를 위에서 설명하였지만, x 방향 코일로 +x 방향과 -x 방향의 바이어스를 인가하여 측정하고, y 방향 코일로 +y 방향과 -y 방향의 바이어스를 인가하여 측정하고, 그 후 연산하기 때문에 4회의 측정이 필요한 것이었다.

더욱이, 히스테리시스의 영향을 없애기 위해, 바이어스 자계를 인가하기 전에 바이어스 자계와 같은 방향의 포화 자계를 인가하는 것이 행하여지고 있다. 포화 자계를 인가한 후에 같은 방향의 바이어스 자계를 인가하면 자기 저항 소자의 저항과 자계 곡선의 기울기가 작아져 측정하는 출력이 낮아져버린다.

본 발명의 목적은 두께를 극히 얇고 또한 면적을 작게 할 수 있는 방위계를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래보다도 코일에의 통전 회수를 줄여, 측정 회수를 적게 할 수 있는 방위계를 제공하는 것이다.

본 발명의 방위계는 예를 들면, 사각형 형상으로 권회한 평면 코일과, 그 평면 코일의 면에 거의 평행하게, 적어도 2군의 박막 자기 저항 소자군을 배치하여, 상기 자기 저항 소자군 각각이 짝수 개의 자기 저항 소자를 전기적 접속하여 MR 브리지를 구성하도록 함과 동시에, 지자기의 직교하는 2성분을 검지하여 출력하여, 이들 출력치로부터 방위 정보를 얻는 것에 있어서, 평면 코일에 소정 방향의 전류를 흘려 상기 자기 저항 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하고, 다음으로 상기 소정 방향과는 역방향으로 자기 저항 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하는 수단과, 상기 바이어스 자계 인가에 맞추어 박막 자기 저항 소자군에 자계 측정 전류를 흘리는 수단을 구비한 것이다.

바람직하게는, 하나의 전원을 이용하여 자기 저항 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가하는 경우에, 사전에 해당 전원으로부터의 전류를 이용하여 충전한 콘덴서 전하에 의한 방전압을 중첩하여 평면 코일에 전압을 인가하는 회로 구성으로 한다.

바람직하게는, 각 자기 저항 소자의 긴 변 방향과 그 근방의 평면 코일의 1변이 이루는 각도 β가 sinβ×cosβ≠0이 되는 것으로, 자기 저항 소자의 인가 자계에 대한 저항치 변화가 극소가 되는 근방의 인가 자계 특성을 이용한다.

1군의 박막 자기 저항 소자군이 상기 사각형의 대변에 각각 2개씩을 그 변에 교차하도록 배치한 자기 저항 소자를 전기적 접속하여 구성한 것으로, 다른 1군의 박막 자기 저항 소자군이 상기 대변과는 별도의 대변에 각각 2개씩을 그 변에 교차하도록 배치한 자기 저항 소자를 전기적 접속하여 구성한 것으로, 동일한 변에 배치하는 2개의 자기 저항 소자의 긴 변 방향끼리는 거의 직교하는 것으로 하는 것이 바람직하다.

β는 바람직하게는, 약 45도, 약 135도, 약 225도 혹은 약 315도 중 어느 하나이다. 각 자기 저항 소자에 대해서, 그 자기 저항 소자의 긴 변 방향이 각 변과 교차하는 각도의 격차가 ±5°이내인 것이 바람직하다. 필요한 경우에는, 지자기의 직교 2성분을 각각 검지하여 출력하고, 이들 출력치로부터 방위 정보를 얻는 것에 있어서, 양(+)의 방향으로 바이어스를 인가하여 얻은 출력과 음(-)의 방향으로 바이어스를 인가하여 얻은 출력의 차이를 출력하는 회로를 부가할 수 있다.

평면 코일에 소정 방향의 전류를 흘려 상기 자기 저항 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하여 자계를 측정하여 출력을 얻고, 다음으로 상기 소정 방향과는 역방향으로 자기 저항 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하여 자계를 측정하여 출력을 얻는 것을 2회 이상 행하여, 이들 출력치로부터 방위 정보를 얻는 것으로 할 수 있다.

본 발명의 방위계에서는 짝수 개의 자기 저항 소자를 전기적 접속하여 MR 브리지를 형성하도록 한다. 본 발명에서 「MR 브리지」라는 것은 예를 들면, 사각 형상으로 권회한 평면 코일의 1변과 그 대향하는 변 각각에 자기 저항 소자 A, B를 배치하여 직렬로 접속한다. 상기 1변에는 자기 저항 소자 A와 직교하는 별도의 자기 저항 소자 C를 또한, 그 대향하는 변에는 자기 저항 소자 B와는 직교하는 별도의 자기 저항 소자 D를 배치하여, 자기 저항 소자 C와 자기 저항 소자 D를 직렬로 접속한다. 자기 저항 소자 A와 B의 중간 지점의 출력 V1과 자기 저항 소자 C와 D의 중간 지점의 출력 V2와의 전위차를 출력하도록 구성한 것이다. 본 발명에서는, 1군의 자기 저항 소자군과 또 하나의 자기 저항 소자군 각각이 일반적으로는 직교하는 2방향의 지자기 성분을 검지하여 이들 출력에 의해 방위 정보를 얻는다. 이렇게 함으로써, 저항에 대한 인가 자계의 히스테리시스의 영향을 적게 하여, 출력에 혼입하는 노이즈(noise)를 제거할 수 있어, 출력의 절대치도 크게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 실시예의 정면 모식도.

도 2는 본 발명에 의한 실시예의 전개 사시 모식도.

도 3은 본 발명의 실시예에 이용할 수 있는 자기 저항 효과 소자의 결선예를 도시하는 도면.

도 4는 외부 자계와 전기 저항의 관계를 설명하는 도면.

도 5는 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 동작 원리를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명의 방위계를 구동하는 회로 구성예를 설명하는 도면.

도 7은 본 발명의 방위계를 구동하는 타이밍 차트.

도 8은 본 발명의 방위계를 구동하는 회로의 전압 파형 및 코일 전류 파형을 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 방위계를 구동하는 타이밍 차트.

도 10은 본 발명의 방위계를 구동하는 다른 회로.

도 11은 본 발명의 방위계를 구동하는 타이밍 차트.

도 12는 본 발명의 방위계의 코일 전류의 측정치.

도 13은 본 발명의 방위계의 코일 전류의 측정치의 부분 확대도.

도 14는 본 발명의 방위계를 구동하는 다른 회로.

도 15는 본 발명의 회로 특성을 설명하는 도면.

도 16은 본 발명의 아날로그 출력 회로도.

도 17은 본 발명의 다른 아날로그 출력 회로도.

도 18은 본 발명의 방위계를 조립한 네비게이션 부착 휴대 전화의 외관도.

도 19는 종래의 네비게이션 부착 휴대 전화의 외관도.

도 20은 전기 저항과 인가하는 자계 강도와의 관계를 설명하는 도면.

도 21은 방위계의 MR 브리지의 설명도.

도 22는 방위계의 MR 브리지의 단면 모식도.

도 23은 종래 방위계의 외관도.

도 24는 인가하는 자계 강도와 전기 저항의 히스테리시스를 설명하는 도면.

본 발명의 방위계에 대해서, 실시예의 평면도를 도 1에 도시하고 있다. 도 1에서 부호 (1)은 사각 형상 평면 코일로 수십 회 권회한 것이다. 이 평면 코일면의 같은 측에, 이 도면에서는 하측에, 이 평면 코일면과 평행한 평면 내에 자기 저항 소자 쌍(2, 3, 4, 5)이 4조 설치되어 있다. 자기 저항 소자 쌍(2, 3, 4, 5) 각각은 2개의 자기 저항 소자(21과 22, 31과 32, 41과 42, 51과 52)로 이루어져 있다.

자기 저항 소자 쌍(2)의 한쪽인 자기 저항 소자(21)의 긴 변 방향은 평면 코일(1)의 1변(11)과만 약 45°로 교차하고 있다. 자기 저항 소자 쌍(2)의 다른쪽 자기 저항 소자(22)의 긴 변 방향은 평면 코일(1)의 대변, 즉 변(12)과만 약 45°로 교차하고 있다. 그리고, 자기 저항 소자(21)의 긴 변 방향은 자기 저항 소자(22)의 긴 변 방향과 거의 직각으로 되어 있어, 이들 자기 저항 소자(21과 22)의 한쪽 단부(이 실시예에서는 평면 코일(1)의 내측에 있는 단부)끼리는 접속되어 있다. 다른 자기 저항 소자 쌍(3, 4, 5)에 대해서도, 각 한쪽의 자기 저항 소자(31, 41, 51)의 긴 변 방향은 평면 코일(1)의 1변(12, 13, 14) 각각과, 각 다른쪽의 자기 저항 소자(32, 42, 52)의 긴 변 방향은 평면 코일(1)의 대변(11, 14, 13) 각각과 약 45°로 교차하고 있다. 그리고, 자기 저항 소자(31, 41, 51) 각각의 긴 변 방향은 자기 저항 소자 쌍의 각각이 대응하는 자기 저항 소자(32, 42, 52)의 긴 변 방향과 직각으로 되어 있어, 자기 저항 소자(31와 32)의 한쪽 단부(이 실시예에서는 평면 코일(1)의 내측에 있는 단부)끼리, 자기 저항 소자(41와 42)의 한쪽 단부(이 실시예에서는 평면 코일(1)의 내측에 있는 단부)끼리, 자기 저항 소자(51와 52)의 한쪽 단부(이 실시예에서는 평면 코일(1)의 내측에 있는 단부)끼리 각각이 접속되어 있다. 또한, 평면 코일(1)의 1변(11)과 교차하고 있는 2개의 자기 저항 소자(21와 32)는 그 긴 변 방향이 직각으로 되어 있다. 마찬가지로, 변(12, 13, 14)과 교차하고 있는 각각 2개의 자기 저항 소자(22와 31, 41과 52, 42와 51)는 그 긴 변 방향이 직각으로 되어 있다.

이 방위계는 기판 상에 자기 저항 소자를 형성하고, 더욱이 평면 코일을 형성하고 있다. 기판의 두께는 0.7mm이다. 기판 상에 성막한 자기 저항 소자나 평면 코일 등의 박막의 부분 두께는 40 내지 50㎛이다. 기판의 종횡 치수는 3mm×4mm이다.

도 1에 도시한 방위계의 실시예를 보다 좋게 이해할 수 있도록, 그 모식도의 전개 사시도를 도 2에, 자기 저항 소자의 결선도를 도 3에, 또한, 이들 자기 저항 소자, 평면 코일을 구동하는 회로 구성의 예를 도 6에 도시한다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 평면 코일(1)에 직류 전류를 흘렸을 때, 평면 코일면에 평행한 면에는 코일의 내측에서 외측으로, 혹은 외측에서 내측으로 향한 직류 자계가 생기기 때문에, 자기 저항 소자 쌍에 직류 자계가 인가되게 된다. 도 3에서 평면 코일(1)에 우측 회전 전류 Ib가 흐르면 자기 저항 소자(21, 32)에는 x 방향의 자계가, 자기 저항 소자(22, 31)에는 -x 방향의 자계가, 자기 저항 소자(41, 52)에는 y 방향의 자계가, 자기 저항 소자(42, 51)에는 -y 방향의 자계가 인가된다. 평면 코일(1)에 그것과는 반대 방향의 전류 -Ib가 흐르면 각 자기 저항 소자에는 이전과 반대 방향의 자계가 인가된다. 필요하면, 자기 저항 소자(21, 22, 31, 32)로 하나의 MR 브리지를 형성하고, 자기 저항 소자(41, 42, 51, 52)로 또 하나의 MR 브리지를 형성하고 있다.

자기 저항 소자의 긴 변 방향으로 전류를 흘릴 때에, 자기 저항 소자면에서 긴 변 방향과 직각 방향으로 자계를 인가한 경우, 자기 저항 소자의 저항은 도 20과 같이 자계의 크기에 따라서 감소하여, 그 자계의 인가 방향에 의해 도 24와 같이 히스테리시스가 발생한다.

본 발명과 같이, 자기 저항 소자를 평면 코일의 변과 45°로 교차하고 있는 경우는, 긴 변 방향의 직각 방향에 대하여 45° 방향으로 외부 자계가 인가되게 된다. 그 경우, 자기 저항 소자는 긴 변 방향으로 형상 자기 이방성이 있어, 형상 자기 이방성 자계와 외부 자계의 합성 벡터가 자기 저항 소자에 인가된 것과 같아진다. 그 때문에, 자기 저항 소자에 외부 자계를 인가하였을 때의 외부 자계와 저항의 관계는 도 4에 도시하는 그래프와 같이 된다. 도 4에서는, 양의 방향으로 큰 자계를 걸어 두고, 서서히 그 걸려 있는 자계의 크기를 작게 하여 갔을 때의 저항의 변화(a)와, 역방향의 변화(b)를 도시하고 있다. 양의 방향으로 큰 자계를 걸어 두고 서서히 그 걸려 있는 자계의 크기를 작게 하여 갔을 때 인가 자계가 음(負)이 되었을 때에 극소 저항을 갖기 때문에, 음에서 소정 크기의 자계를 인가하고 있을 때에, 인가 자계의 변화에 대한 저항의 변화율이 가장 커진다. 음의 방향으로 큰 자계를 걸어 두고, 점차 인가 자계를 크게 하여 간 경우에는, 양에서 소정 크기의 자계를 인가하고 있을 때에, 인가 자계의 변화에 대한 저항의 변화율이 가장 커진다.

그래서 본 발명에 있어서, 도 1에서 도 3에 도시하는 제 1 실시예의 방위계를 사용하여 방향을 측정함에 있어서, 평면 코일(1)에 직류 전류를 도 3에서 우측 회전으로 흘려, 자기 저항 소자(21 내지 52)가 긴 변 방향과 직각 방향으로 포화하는 크기의 직류 자계를 자기 저항 소자(21 내지 52)에 인가하고, 그 직류 전류와 반대 방향(도 3에서 좌측 회전)에서 소정 크기의 직류 전류를 그 평면 코일(1)에 흘려 자기 저항 소자의 긴 변 방향과 직각 방향으로 바이어스 직류 자계를 인가하고 있는 동안에, 자기 저항 소자 쌍의 각 자기 저항 소자의 다른쪽 단부끼리 사이에 측정용 전압 Vcc를 인가하여, 접속되어 있는 단부로부터 중간 전위 출력을 추출한다. 도 3에서 우측 회전으로 직류 전류를 흘려, 자기 저항 소자(21 내지 52)의 긴 변 방향과 직각 방향으로 포화하는 크기의 직류 자계를 자기 저항 소자(21 내지 52)에 인가하면, 어느 한 자기 저항 소자도 도 4의 그래프의 우측 끝의 상태가 된다. 직류 전류를 감소시키거나 혹은 절단하여, 그 직류 전류와는 반대 방향, 도 3에서 좌측 회전으로, 인가 자계에 대한 저항 변화율이 최대가 되는 부근의 크기의 자계, 즉, 소정 크기의 직류 전류에 의한 직류 자계를 인가해 두고, 자기 저항 소자끼리가 접속되어 있는 단부로부터 중간 전위 출력을 추출한다. 지금 지자기의 수평 성분의 크기를 He로 하여, 그 지자기의 수평 성분 He의 x 축과 이루는 각도를 θ로 한다. 자기 저항 소자(21)와 자기 저항 소자(22)의 중간 전위 출력은

Vcc·(1/2-1/(2·Rb)·βHecosθ)

이 된다. 또한, 여기서 β는 저항의 자계에 대한 변화율이고, Rb는 바이어스 자계 Hb만이 인가되어 있을 때의 자기 저항 소자의 저항이다.

이 실시예에서는, 자기 저항 소자 쌍(2)과 자기 저항 소자 쌍(3)이 접속되어 있는 단부의 중간 전위 출력간의 차이를 도 3의 Vx로서 추출하고 있기 때문에, 중간 전위 출력차 Vx는

Vx(+) = Vcc·((1/2-1(2·Rb)·βHecosθ)-(1/2+1/(2·Rb)·βHecosθ))

= -Vcc·1/Rb·βHecosθ

가 된다.

마찬가지로 하여, 자기 저항 소자 쌍(4)과 자기 저항 소자 쌍(5)이 접속되어 있는 단부의 중간 전위 출력간의 차이를 도 3의 Vy로서 추출하고 있기 때문에, 중간 전위 출력차 Vy는

Vy(+) = Vcc·((1/2-1/(2·Rb)·βHesinθ)-(1/2+1/(2·Rb)·βHesinθ))

= -Vcc·1/Rb·βHesinθ

가 된다.

다음으로, 평면 코일(1)에 상술한 방향과 반대 방향(도 3에서 좌측 회전)으로 직류 전류를 흘려, 자기 저항 소자(21 내지 52)가 긴 변 방향과 직각 방향으로 포화하는 크기의 직류 자계를 자기 저항 소자(21 내지 52)에 인가하여, 그 직류 전류와는 반대 방향(도 3에서 우측 회전)에서 소정 크기의 직류 전류를 그 평면 코일(1)에 흘려 자기 저항 소자의 긴 변 방향과 직각 방향으로 바이어스 직류 자계를 인가하고 있는 동안에, 위와 마찬가지로 자기 저항 소자 쌍의 각 자기 저항 소자의 다른 단부끼리 사이에 측정용 전압 Vcc를 인가하여, 접속되어 있는 단부로부터 중간 전위 출력을 추출한다. 이 때에 인가하는 자계의 크기는 절대치에서 위와 거의 같은 크기의 자계로 하면, 인가 자계에 대한 저항 변화율이 최대가 된다.

이 경우의 자기 저항 소자 쌍(2)과 자기 저항 소자 쌍(3)이 접속되어 있는 부분의 중간 전위 출력간의 차이를 도 3의 Vx로서 추출하면, 중간 전위 출력차 Vx는

Vx(-) = Vcc·1/Rb·βHecosθ

가 된다. 또한, 자기 저항 소자 쌍(4)과 자기 저항 소자 쌍(5)이 접속되어 있는 단부의 중간 전위 출력간의 차이를 도 3의 Vy로서 추출하면, 중간 전위 출력차 Vy는

Vy(-) = Vcc·1/Rb·βHesinθ

가 된다.

이들 양 중간 전위 출력차를 x 방향과 y 방향에 대해서 차이를 구하면,

x 방향의 V = Vx(+)-Vx(-) = -2Vcc·1/Rb·βHecosθ

y 방향의 V = Vy(+)-Vy(-) = -2Vcc·1/Rb·βHesinθ

가 되기 때문에, 지자기의 수평 성분이 x 축과 이루는 각도 θ는

θ= tan^-1(y 방향의 V/x 방향의 V)

로 하여 구할 수 있다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이 어느 방향으로 직류 전류를 흘리고 있을 때에, 자기 저항 소자 쌍(2와 3) 및 자기 저항 소자 쌍(4와 5)의 2조씩에 x 방향과 y 방향의 바이어스 자계를 인가하였을 때의 중간 전위 출력차를 동시에 구할 수 있음과 동시에, 반대 방향으로 직류 전류를 흘리고 있을 때에, 자기 저항 소자 쌍(2와 3) 및 자기 저항 소자 쌍(4와 5)의 2조씩에 -x 방향과 -y 방향의 바이어스 자계를 인가하였을 때의 중간 전위 출력차를 동시에 구할 수 있다.

이상의 실시예의 설명에서는, 자기 저항 소자와 평면 코일의 각 변이 교차하는 각도를 π/4 즉 45°로 하여 설명하였지만, 이 교차하는 각도는 0°보다도 크고 60° 이내이면 방위를 측정할 수 있다. 그렇지만, 각도가 너무 작으면 도 4의 극소치 근방에서 저항의 자계에 대한 변화가 큰 영역이 좁아져, 적당한 바이어스 자계의 설정이 어려워지기 때문에, 45°일 때가 가장 취급하기 쉽다.

또한, 평면 코일(1)의 1변과 교차하고 있는 2개의 자기 저항 소자의 긴 변 방향이 서로 직각으로 되어 있는 것, 1조의 자기 저항 소자 쌍 2개의 자기 저항 소자의 긴 변 방향이 서로 직각으로 되어 있는 것에 대해서 위의 실시예에서는 설명하였지만, 서로가 평행하지 않으면 좋다. 그러나, 직각으로 되어 있는 것이 가장 취급하기 쉽다. 또한, 자기 저항 소자와 변의 교차 각도는 소자 쌍에 있어서 미러 이미지(경상; 鏡像)의 관계로 하는 것이 바람직하다. 미러 이미지의 관계에 근접하면 출력의 격차가 저감되어 정현파 형상이 된다. 그래서, 자기 저항 소자 쌍에 있어서, 자기 저항 소자가 각 근처와 교차하는 각도의 차이는 ±5° 이내로 한다. 더욱 바람직하게는, 방위계의 모든 자기 저항 소자에 대해서, 각각의 자기 저항 소자가 각 근처와 교차하는 각도의 격차를 ±5° 이내로 한다.

평면 코일에 대해서는, 바깥 치수 2 내지 3mm에서 50 내지 100턴의 평면 코일을 제작한 바, 충분한 출력이 얻어졌다. 한편, 코일 치수는 소비 전력을 작게 하기 위해 가능한 한 작은 쪽이 좋다.

낮은 전원 전압에서 필요한 자계를 발생시키기 위해서는, 코일의 저항을 낮게 하는 것이 가장 효과적이다. 코일 저항은 막 두께와 선 폭과 길이로 결정되지만, 길이는 코일 치수에 의한 것이 크다. 선 폭과 막 두께는 가능한 한 큰 쪽이 좋지만, 막 두께는 도체간 스페이스(space)에 의해 규정된다. 도체간 스페이스의 제약 중에서, 막 두께는 두꺼운 쪽이 바람직하지만, 제조상 도금 두께가 너무 두꺼운 것은 바람직하지 못하다. 그 때문에 2 내지 5㎛가 적당하다. 또한, 선 폭은 그에 따라 8 내지 20㎛가 적당하다.

평면 코일과 자기 저항 소자의 간격은 본 발명에서는 평면 코일의 극 근방 자계를 이용하기 때문에 가능한 한 가까운 쪽이 바람직하다. 그 사이에 삽입되어 있는 절연막 두께의 절연성을 고려하여, 그 간격은 자기 저항 소자와 배선막의 막 두께의 1.5배 정도로 하면 좋다. 그 간격은 0.5 내지 2㎛가 적당하다.

위에서 설명한 각 실시예는 기판 상에 자기 저항 소자를 설치하여, 그 위에 코일을 적층하고 있는 2층형이다. 자기 저항 소자 혹은 코일을 늘릴 수도 있다. 예를 들면, 기판 상에 자기 저항 소자/코일/자기 저항 소자 순으로 적층한 3층형으로 하면, 출력을 2배로 할 수 있다. 또한, 기판 상에 코일/자기 저항 소자/코일 순으로 적층한 3층형으로 할 수도 있다. 더욱이, 평면 코일이 있는 평면과 평행한 복수의 평면에 자기 저항 소자를 설치하는 것도 가능하다.

코일 형상에는 평행 사변형 혹은 직사각형, 십자형이 있다. 특히 정방형의 평면 코일을 사용하여 본 발명을 이상 설명하였지만, 다른 형상의 평면 코일(1)이어도 된다.

이하, 자기 저항 소자의 구동 회로와 자기 저항 소자의 작동에 대해서, 더욱 상세하게 설명을 한다.

도 4는 앞서 설명한 바와 같이, 전류와 인가 자계 방향이 45도의 각도를 가질 때의 자기 저항 소자의 저항-인가 자계 특성을 도시하는 도면이다. 본 발명에서는, 본 도면에 도시하는 특성을 사용한다.

도 5는 본 발명의 자기 저항 소자의 동작 원리를 설명하는 도면이다. 부호 61, 63으로 도시하는 동작점에서의 인가 자계 변화에 대한 곡선의 경사, 즉 감도는 도 20에 도시한 곡선의 경사보다 크고, 따라서 소자의 긴 변 방향(전류 방향)과 45도를 이루도록 사용함으로써, 높은 감도가 얻어진다. 번호로 도시한 점에서의 동작을 이하에 설명한다.

A) 음의 측에 포화 자화 Hk 이상으로 크게 자계를 인가하는 점을 60으로 도시하였다. 여기서는, 자기 저항 소자의 자구를 한 방향으로 정돈하게 된다.

B) 양의 측에 바이어스를 인가하는 점을 61로 도시하였다. 외부 자계가 제로에서는 저항치 67이지만, 외부 자계(65)가 있으면 저항치는 68이 된다.

C) 양의 측에 포화 자화 Hk 이상으로 자계를 인가하는 점이 62이고, 점(60)과 반대 측 방향으로 자기 저항 소자의 자구를 정돈하게 된다.

D) 음의 측에 바이어스 자계를 인가하는 점이 63이다. 외부 자계(64)(65와 같은 방향 같은 크기)가 있으면 저항치는 66이 된다.

외부 자계가 없는 경우의 저항치(67)에 대하여 66과 68의 저항치 변화가 얻 어진다. 이 차이가 저항치(69)가 된다. MR 브리지 접속된 4개의 자기 저항 소자 중 2개는 이와 같이 동작하고, 다른 2개는 외부 자계에 대하여 방향이 반대로 배치되어, 부호가 반대로 69와 같은 크기의 신호를 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명에 사용하는 구동 회로 예를 도시하는 것이다. 마름모형은 자기 저항 소자 4개로 이루어지는 MR 브리지 회로(201, 202)이다. 그 출력을 CMOS 연산증폭기(OP amp: 203, 204)로 약 100배로 증폭한다. 평면 코일(1)의 멀티플렉서(multiplxer) Y단자로부터 X단자에 흐르는 전류를 정전류로 하면, 도 7의 타이밍 차트에 대응한다.

A) 도 6에서 좌측 테두리 내 콘덴서(205)는 저항(Isr set)을 통해 Vdd(양전압)와, Vee(음전압)의 절대치의 합계 전압으로 충전되어 있다. 포트 A, B는 로우(low) 레벨로 유지해 둔다. 포트 INH를 로우(low) 레벨로 하면 멀티플렉서 X, Y단자가 각각 X0, Y0에 접속되어, 코일(1)에는 X단자에서 Y단자를 향하여 펄스 전류가 흐른다.

B) 포트 B를 high 레벨로 하면 이번은 멀티플렉서 X, Y단자가 각각 X2, Y2에 접속되어, 코일(1)에는 Y단자로부터 X단자를 향하여 전류가 흐른다. 여기서, 2개의 MR 브리지(201, 202)의 출력을 추출한다. 포트 INH를 하이(high) 레벨로 하여 바이어스 전류를 끊는다. 이 동안에도 콘덴서(C205)는 재충전되어 있다.

C) 포트 A를 high 레벨로 한다. 그래서 포트 INH를 low 레벨로 하면 X3 단자로부터 Y3 단자로 코일(1)을 통해 펄스 전류가 흐른다.

D) 포트 B를 low 레벨로 하면 X1과 Y1이 접속되기 때문에, 음의 방향으로 전류가 흐른다. 다시 2개의 MR 브리지의 출력을 추출한다. 포트 INH를 high 레벨로 하여 코일 전류를 끊는다.

2회의 측정치를 각각 뺄셈하여 각 방향의 자계 측정을 행할 수 있다. 실제 회로의 전압 파형 및 코일 전류의 파형을 도 8에 도시한다. 한가운데의 INH를 중지해도 같은 동작은 가능하며, 이 경우의 타이밍 차트를 도 9에 도시한다.

코일 저항이 크기 때문에 도 6에서 도시한 회로에서는 전원 전압만으로는 충분한 리셋 전류를 흘릴 수 없기 때문에, 극성이 다른 별도의 전원이 필요하였다. 이 문제를 해결하기 위해 개량한 회로를 도 10에 도시한다. MR 브리지 이후 구성은 도 6과 동일하지만, 코일 구동법이 다르다. 동작을 설명하는 타이밍 차트는 도 11에 도시하였다.

도 6의 회로에서는 Vdd와 Vee 2개의 전원이 필요하였다. 이 점을 개량한 회로가 도 10에 도시하는 것이다. 전원을 하나로 하기 위해, 콘덴서에 충전된 전압을 본래 전압에 적층하여, 높은 전압을 간단한 회로에서 얻는 것이 특징이다. 마이크로 컴퓨터의 포트는 2개(A, B) 필요하고, 한쪽 포트 A는 통상은 high 레벨로 유지하지만, 이 센서를 사용할 때에는 low 레벨로 한다. 코일(1)의 구동은 NOR 게이트 4개(IC로 하여 1개), X단자 출력은 브리지(201, 202)와 연산증폭기(203, 204)의 전원의 ON/0FF 출력으로 되어 있다. 접속법이나 동작은 도 6의 회로와 같다. 포트 B 입력을 low 레벨로 해 둔다. 여기서 포트 A도 low 레벨로 하여 연산증폭기와 브리지에 전원을 공급한다. Y단자 측은 low 레벨, Z단자 측은 high 레벨이 된다. Z단자 측으로부터 저항 Rs2와 코일(1), 저항 Rs1을 통과하여 Y단자 측에 전류가 흐른다. 이 때문에 저항 Rs1, Rs2, 코일(1)에 전압이 가해진다. 이 전압에 의해, 수십 μ초 후에는 콘덴서 C1의 저항 Rs1측은 부로, 콘덴서 C2의 저항 Rs2측은 정으로 충전된다. 이 전압은 YZ간 출력에 대하여 콘덴서가 끈을 걸고 있게(브리지) 되어 있기 때문에, 양 콘덴서의 절대치 전압의 합계는 전원 전압과 동등하거나 약간 그보다 큰 전압이 된다.

포트 B 입력을 high 레벨로 한다. Y단자와 Z단자 출력 모두 반전하여, Y단자가 high 레벨이, Z단자가 low 레벨이 된다. 이 때문에, Y단자로 이어진 콘덴서 C2의 저항 Rs2 측은 조금 전까지 충전되어 있던 전압이 더해져, 전원 전압의 1.5배 정도의 전압이 된다. 반대로 Z단자 측으로 이어진 콘덴서 C1에서는 전원 전압의 0.5배 정도의 마이너스 전압이 발생하고 있다. 코일(1)에는 이 양자의 차전압, 즉 전원 전압의 2배 정도가 인가된다. 이 결과 코일(1)에 자기 저항 소자의 자화를 포화시키는 데 충분한 자계를 발생시킬 수 있다. 도 5에서 도시하는 점(60)에 상당한다. 콘덴서에 축적된 전하는 약 2μ초로 방전하여, 이번은 Y단자로부터 Z단자 방향으로 코일 전류가 흐른다. 이 전류치는 도 5의 동작점(61)에 상당하며, 저항 Rs1, 저항 Rs2, 코일(1)의 저항치와 전원 전압에 의해 결정된다. 이 때 조금 전과는 역방향으로 콘덴서 C1, C2에 충전되어 있다. 이 동안에 2개의 MR 브리지 출력 전압을 증폭 측정한다. 측정이 끝났으면 이번에는 포트 B 입력을 low 레벨로 한다. Y단자가 low 레벨이, Z단자가 high 레벨이 된다. 역방향으로 충전되어 있던 전하는 역방향으로 펄스 전류를 발생시킨다. 도 5의 작용점(62)에 상당한다. 방전이 끝나고나서, 저항 Rs1, Rs2 및 코일 저항으로 결정되는 전류가 Z단자로부터 Y단자로 향하여 코일(1)에 흐른다. 그리고, 동작점(63)에 이른다. 여기서, 다시 2개의 MR 브리지(201, 202)의 출력을 측정한다. 측정이 종료하였으면, 포트 A를 high 레벨로 되돌린다. 그리고, 도 10에 도시한 회로는 동작을 정지한다. 다음은, 2개 방향의 자계에 대응하는 2개의 출력 각각의 차이를 얻어, 자계 측정치를 얻는다. 그 후 연산을 하여, 방위 표시를 얻는다.

실제 코일 전류의 측정치를 도 12에 도시한다. 양과 음이 큰 펄스가 도 5의 작용점(62, 60)에 대응한다. 양과 음의 평평한 부분이 작용점(61, 63)에 대응한다. 여기서 증폭된 아날로그 전압을 각각의 방향에서 합계 4회 측정한다. 도 13은 그 최초 부분의 확대도이다. 음이 큰 펄스가 도 5의 점(60)에 상당한다. 코일 저항은 200Ω, 전원 전압은 3V로, 23mA 흐르고 있다. 코일 전압은 전원 전압 이상의 4.6V 걸려 있는 것이 된다. 펄스 폭은 콘덴서 C1, C2에 의해 바꿀 수 있어, 큰 쪽이 확실한 효과가 있지만, 시간이 걸려 전류 소비도 크다. 실험적으로는 콘덴서 C1, C2로서 22000pF를 사용하여 약 2μ초인 때가 좋았다.

한층 더한 개량을 다음에 설명한다. IC 출력의 반전에 시간이 걸리는 경우가 있지만, 그 때에는 콘덴서가 축적된 전하가 필요로 하고 있는 코일 이외에 저항 Rs1, Rs2에도 흘러버린다. 저항은 전압에 대하여 전류가 비례하여 증가하는 것이 원인이기 때문에, 전압이 상승하더라도 전류가 증가하지 않는 쌍 방향의 정전류 소자를 저항 Rs1, Rs2 대신 넣으면 된다. 구체적으로는 도 14의 회로에서, 그 특성을 도 15에 도시하였다. 사용한 접합형 전계 효과 트랜지스터는 2SK170, 저항은 33Ω이었다. 약 4mA의 정전류 특성이다. 이 결과, 저항 Rs1, Rs2를 사용하였을 때는, IC를 흐르는 피크 전류치가 약 48mA이었던 것이 32mA가 되었다.

또한, 얻어진 지자기의 x방위 성분과 y방위 성분과의 자계 강도로부터 방향을 계산할 때, 역탄젠트 연산이 필요하지만, 역탄젠트의 주요값은 -90도에서 +90도, 이 반복 때문에, 바뀌려는 곳에서는 X의 값이 작기 때문에 오동작하기 쉽다. x방위 성분과 y방위 성분과의 절대치가 큰 +/-45도, +/-135도로 함수를 구분하여 계산하는 것이 바람직하다.

도 16 및 도 17은 아날로그 출력이 필요한 경우의 회로예이다. DFF(D타입-플립 플롭) 출력으로, 콘덴서 C3, C4와 저항 R4, R5로 이루어지는 브리지 회로를 통해 코일(1)을 구동하여, 도 5의 동작점(60, 61, 62, 63)을 사용하는 것은 상기 회로와 동일하지만, 이 방식에서는, AD 변환을 한 후에 디지털로 뺄셈을 할 수 없기 때문에, 아날로그적으로 뺄셈을 하였다. 즉, MR 브리지(201, 202)에도 코일(1)의 구동 전압과 같게, DFF의 출력을 접속하여, 동작점(61)에 대하여 MR 브리지(201, 202)가 양의 출력인 경우, 동작점(63)에 대하여 음의 출력이 얻어지도록 MR 브리지(201, 202)의 인가 전압을 반전하여 가하였다. 이 때 MR 브리지 출력은 무신호 시에는 원래 출력이 나타나지 않는 것이지만, 통상 MR 브리지는 약간의 저항치의 불일치에서 오는 오프셋 전압이 발생하고 있다. 이 결과, 브리지에 인가하는 양음(正負) 전압의 시간비를 정확하게 1:1로 함으로써, 그 평균치인 출력 전압의 기준점은 전원 전압의 중점이 되어, 정확한 측정을 행할 수 있게 된다. 외부 자계가 있는 경우에는, 양의 방향으로 MR 브리지 전압이 가해지고 있을 때, 바이어스 전압도 양으로 하면, 동작점은 61이 되며, 68의 레벨 저항에 대응하는 전압이 발생한다. DFF가 반전하면, 바이어스 자계는 반전하여 동작점은 63이 된다. 그런데 브리지 전압도 반전하고 있기 때문에, 66에 대응하는 전압이 반전하여 나타난다. 즉, 이 도면에서는 양의 외부 자계에 대하여, MR 브리지에 인가되는 전압의 극성에 의하지 않고 항상 MR 브리지 출력에는 음전압을 발생하여, 그 평균치(적분치)도 음이 된다. 이렇게 하여 연속적으로 외부 자계에 대응하는 아날로그 전압을 얻을 수 있다.

본 발명의 방위계는 휴대 전화 혹은 PDA 등 모바일 기기에 탑재함으로써, 특히 개량된 네비게이션(navigation) 기능을 구비한 모바일 기기를 제공할 수 있다. 휴대 전화라도, 식당 가이드, 호텔 가이드 등, 거리의 지도를 표시하는 응용 소프트가 실용화되어 있다. 종래는 이 경우, 지도를 표시하는 경우에는, 표시 화면과 실제 방위는 고정되어 있었다. 예를 들면, 표시 화면의 상측을 북쪽 각으로 하는 것이다. 이 때문에, 표시 화면의 상측이 실제의 북쪽 각을 향하고 있지 않은 경우에는, 휴대자가 휴대 전화의 표시 화면을 회전시켜, 실제의 북쪽 각에 표시 화면의 상측을 향하게 할 필요가 있어, 휴대자에게는 번거로운 작업을 강제로 시키는 것이었다. 본 발명의 방위계를 이용하면, 휴대 전화 등의 표시 화면이 향하고 있는 방향의 여하에 불구하고, 실제의 지리적 방위와 화면 상에서 표시되는 지도 방위를 일치시켜 표시하는 것이 가능하게 한 네비게이션 부착 모바일 기기를 제공할 수 있다. 앙각(仰角)에 의한 출력 변동 대책에 대해서는, 앙각을 검출하는 부품과 보정 연산 회로를 부가하면 가능하다. 방위계를 3차원 방위계로 함으로써 동일하게 처리할 수 있다. 본 발명의 방위계를 조립한 네비게이션 부착 휴대 전화의 외관을 도 18에 도시한다. 300은 네비게이션 부착 휴대 전화 본체, 310은 액정 표시부(LCD)이다.

비교를 위해, 종래 예를 도 19에 도시하였다. 도 18과 동일 부품은 동일 기호로 도시한다. 휴대자의 현재 위치는 ×표(320)로 도시된다. 도 18의 본 발명에 의한 네비게이션 부착 휴대 전화에서는, 실제 방위(400)와 지도 방위(350)를 일치하여 표시할 수 있다. 이것은 내장하는 본 발명의 방위계에 따라 얻는 방위 정보를 이용함으로써 가능하게 하였다. 도 19의 종래 예에서는, 소형의 방위 소자를 조립할 수 없고, 이 때문에 지도 방위 N극(350)은 표시 화면(315) 상측에 고정되어, 실제 방위(400)와 일치하지 않는다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 평면 코일을 자기 저항 소자에 포화 자계와 바이어스 자계를 인가하는 데 사용하고 있기 때문에, 박막으로 코일을 제작할 수 있어, 방위계를 얇고 또한 면적을 작게 할 수 있다.

본 발명의 방위계에 의하면, x 방향과 y 방향에 대해서 동시에 바이어스 자계를 인가하여 방향을 측정할 수 있기 때문에, 방향 측정을 종래의 반 회수로 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 방위 측정 방법에 의하면, 인가하는 포화 자계와 바이어스 자계 방향을 반대 방향 소정 크기의 바이어스 자계를 인가하고 있기 때문에, 출력을 크게 할 수 있다.

Claims

직교하는 2축에 관해서 대칭 형상을 이루도록 권회하되, 서로 대향하는 2개의 변으로 이루어지는 변의 쌍을 2개 가지도록 사각형 형상으로 권회한 사각형 형상의 평면 코일과,

상기 평면 코일의 면에 평행하게 배치된 2군의 박막 자기 저항 효과 소자군을 포함하되, 상기 2군의 박막 자기 저항 효과 소자군 중 1군이 상기 평면 코일의 하나의 변의 쌍의 서로 대향하는 변 각각에 2개씩 변에 교차하도록 배치한 자기 저항 효과 소자를 전기적으로 접속하여 MR 브리지를 구성하는 동시에, 상기 2군의 박막 자기 저항 효과 소자군 중 다른 1군이 상기 평면 코일의 다른 하나의 변의 쌍의 서로 대향하는 변 각각에 2개씩 변에 교차하도록 배치한 자기 저항 효과 소자를 전기적으로 접속하여 MR 브리지를 구성하여, 지자기(地磁氣)의 직교 2성분을 검지하여 출력하고, 출력치로부터 방위 정보를 얻도록 구성되며,

상기 평면 코일에 소정 방향의 전류를 흘려 상기 자기 저항 효과 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하고, 다음으로 상기 소정 방향과는 역방향으로 자기 저항 효과 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하는 수단과, 상기 바이어스 자계 인가에 맞추어 박막 자기 저항 효과 소자군에 자계 측정 전류를 흘리는 수단을 구비한, 방위계.
제 1 항에 있어서,

전원 전압을 인가하여 자기 저항 효과 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가하는 경우에, 사전에 해당 전원으로부터의 전류를 분류하여 충전해 둔 콘덴서 전하에 의한 방전 전압을 중첩하여 상기 평면 코일에 전압을 인가하는 회로 구성으로 한, 방위계.
제 1 항에 있어서,

각 자기 저항 효과 소자의 긴 변 방향과 교차하는 사각형 형상의 평면 코일의 각 변이 이루는 각도 β가, sinβ×cosβ≠0이 되는 것으로, 자기 저항 효과 소자의 인가 자계에 대한 전기 저항치 변화가 극소가 되는 근방의 인가 자계 특성을 이용하는, 방위계.
제 3 항에 있어서,

상기 사각형 형상의 평면 코일의 변 각각에 2개의 자기 저항 효과 소자가 배치될 때, 동일 변에 배치되는 2개의 자기 저항 효과 소자의 긴 변 방향끼리는 서로 직교하도록 구성된 방위계.
제 3 항에 있어서,

상기 β가 약 45도, 약 135도, 약 225도 혹은 약 315도 중 어느 하나인, 방위계.
제 2 항에 있어서,

각 자기 저항 효과 소자에 대해서, 상기 자기 저항 효과 소자 긴 변 방향이 각 변과 교차하는 각도의 격차가 ±5°이내인, 방위계.
제 1 항에 있어서,

지자기의 직교 2성분을 각각 검지하여 출력하고, 출력치로부터 방위 정보를 얻는 것에 있어서, 양의 방향으로 바이어스를 인가하여 얻은 출력과 음의 방향으로 바이어스를 인가하여 얻은 출력의 차이를 출력하는 회로를 부가한, 방위계.
제 1 항에 있어서,

상기 평면 코일에 소정 방향의 전류를 흘려 상기 자기 저항 효과 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하여 자계를 측정하여 출력을 얻고, 다음으로 상기 소정 방향과는 역방향으로 자기 저항 효과 소자의 자화가 포화하는 이상의 자계를 인가한 후, 이와는 역방향의 일정한 바이어스 자계를 인가하여 자계를 측정하여 출력을 얻는 것을 2회 이상 행하여, 이들 출력치로부터 방위 정보를 얻는 것으로 한, 방위계.