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WEBセミナー
「磁気センサの基礎（１）」
磁気センサの特徴と用途
磁気センサの特徴と用途
【磁気センサの特徴】
1. 非接触で構成できる
2. 汚れに強い
3. 小型/薄型化が可能
【磁気センサの主な用途】
 位置検出
磁石の有無（ON/OFF）、移動距離（変化量）
 回転検出
角度／スピード／方向／回転数
 電流検出
電流の有無、電流量
磁気センサの用途＜位置検出＞
 有無検出（ON/OFF スイッチ）
＜開閉スイッチ＞
 変動量検出（移動距離検出）
＜レンズ位置検出＞
デジタルカメラ；
手振れ補正（レンズシフト方式）
磁気センサの用途＜回転検出＞
磁気センサの用途＜電流検出＞
 オープン型（磁気比例型）
磁気センサ
 クローズド型（磁気平衡型）
磁気センサの種類と特徴
 ホール素子／ホールIC
 磁気抵抗素子（AMR/GMR/SMR）／ MRIC
 リードスイッチ
種類
ホール素子
磁気抵抗（MR）素子
ホールIC
リードスイッチ
MRIC
原理
ホール効果
異方性磁気抵
抗効果(AMR)
巨大磁気抵抗効
果(GMR)
磁気抵抗効果
(SMR)
磁気吸引力
材料
半導体
(InSb/InAs
/GaAs)
パーマロイ
磁性/非磁性
金属の人工格子
半導体
(InSb)
磁性体片
感磁
方向
ホールセンサの種類
 ホール素子アナログ出力（10～300mV）
 ホールＩＣ
デジタル出力
アナログ出力(0～5V）
種類
ホール素子
駆動電源
定電圧／定電流
リニアホールＩＣ
ホールIC
数100mV程度のアナログ電圧
V
リニアホールIC
定電圧
デジタル出力
アナログ出力（0～Vcc）
V
V
出力
0
B
0
機能
磁場の極性・強さに応じた
アナログ電圧の出力
B
N/S判定、磁石の有無の
判定、
0
B
磁場の極性・強さに応じた
アナログ電圧の出力
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「磁気センサの基礎（２）」
ホール素子の原理と特徴
ホール効果
 歴史
1879年、米国の物理学者エドウィン・ホール(Edwin Herber Hall, 18551938)によって発見された。
 現象
半導体で、電流（Ic)に垂直な磁場（B）をかけると、電流と磁場の両方に直
交する方向に起電力（ VH ）が現れる
The output voltage of Hall element has
a linearity against magnetic flux B.
B
VH
IC
Magnetic flux density B
ホール素子の原理
 ホール素子は４端子素子
 出力電圧は磁束密度（B)に比例
 w W
V

     B  Vin
VH ＝
H μ・（－）・Ｂ・Ｖｉｎ
lL
B
4
3
VH
1) 定電圧駆動
W
1
L
d
w； Hallデバイスの長さ
L； Hallデバイスの幅
；電子移動度
2
Ｉin
Vin
VH: Hall起電力
Vin: バイアス電圧
Iin : バイアス電流
B : 磁束密度
2) 定電流駆動
Ic  B
R
H
VH V
＝H －RH・ Ｂ・ Iin
d
d
RH；Hall係数
ホール素子の材料と特性
 ホール素子の材料－移動度の高い半導体材料
化合物半導体（InSb/InAs/GaAs等）が使われる。
(cm2/Vsec)
感度
ﾊﾞﾝﾄﾞｷﾞｬｯﾌﾟ
(eV)
Ｓｉ
1450
1.12
ＧａＡｓ
8000
1.43
ＩｎＡｓ
ＩｎＳｂ
35000
0.33
良
InSb
InAs
GaAs
大
75000
温度
特性
VH：出力電圧
材料
移動度
0.16
T：温度
旭化成のホール素子ラインナップ
 材料
３種類の化合物半導体材料
1. InSb ・・・ HWシリーズ
HW-□□□□
2. InAs ・・・ HQ/HZシリーズ
HQ-□□□□, HZ-□□□□
3. GaAs・・・ HGシリーズ
HG-□□□□
 パッケージ
主なパッケージラインナップ
SOP
SIP
SON
(Small Outline Package)
(Single Inline Package)
(Small Outline Non-lead)
H□-１□□□
H□-3□□□
H□-0□□□
（参考）製品番号の見方
ex) H G – 1 0 6 C
ex) E M – 6 7 8 1
機能、世代、感度など
パッケージ
: 両極検知スイッチタイプホールIC 600系パッケージ
: 両極検知スイッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: 低消費電力ラッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: ラッチタイプホールIC
700系パッケージ
:ラッチタイプホールIC
600系パッケージ
: 片極検知スイッチタイプホールIC 400系パッケージ
: InSb ホール素子
101Aパッケージ
: InSb ホール素子
300Bパッケージ
: GaAsホール素子感度：0.22mV/mT・V）
106パッケージ
HG-166A : GaAsホール素子感度：0.30mV/mT・V
106パッケージ
EM-6781
EM-1781
EM-1712
センサ材料
EW-732
W : InSb
EW-610B
G : GaAs
EW-450B
Q : Quantum wall InAs
HW-101A
Z : InAs
HW-300B
M : Monolithic Si
HG-106C
センサの種類
H : Hall element
E : Hall Effect IC
C : Current sensor
ホール素子カタログの見方（HG-106Cの例）
 基本特性
1. 出力電圧（磁界印加時の出力電圧）
2. 入力抵抗/出力抵抗
3. オフセット電圧（無磁界時の出力電圧）
 パッケージ
•
1ピンに＋、3ピンに－の入力を印加してパッケージ表
面にN極の磁石を近づけた時、2ピンに＋、4ピンに－
が出力される。
•
パッケージ表面にS極の磁石を近づけた時は出力の
極性は逆になり、2ピンに－、4ピンに＋が出力される。
ホール素子カタログの見方（HG-106Cの例）
 感度
– カタログ上は第一象限のみ
表示
– 製品（材料）によって、強磁
場でのリニアリティが異なる
ので、使用環境、目的による
使い分けが必要
出力電圧の磁束密度依存性
(駆動電圧：HW-1V,HG-6V)
出力電圧の磁束密度依存性
(駆動電流：5mA)
1000
1600
1400
HW-108A
800
1000
出力電圧(mV)
出力電圧(mV)
1200
HW-108C
800
600
HG-106C
400
HW-108A
HG-106C
600
400
HW-108C
200
200
0
0
0
100
200
300
磁束密度(mT)
400
500
感度が飽和しない磁束密度
0
100
200
300
磁束密度(mT)
400
： HG > HZ > HQ > HW
500
ホール素子カタログの見方
 温度特性の比較
素子の種類、駆動方法で異なるので要注意
HW-101A
HZ-116C
HQ-0111
Vc：定電圧駆動
Ic：定電流駆動
HG-106C
ホール素子カタログの見方
 不平衡（オフセット）電圧
ホール素子には磁界が無くても出力電圧がある
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「磁気センサの基礎（３）」
ホールICの原理と特徴
ホールICの原理
磁石の有無を判定したい。
 電源をつなぐだけで使いたい。
 高出力モータに使用したい。

ON/OFFスイッチ機能
簡便さ、使いやすさ
ノイズ、耐環境性
 このような目的・要求に応える、ホールＩＣ
ホールIC
ホール素子＋付加機能回路
種類
ホール素子
ホールIC
リニアホールIC
数100mV程度のアナログ電圧
デジタル出力
アナログ出力（0～Vcc）
V
V
V
出力
0
B
0
B
0
B
ホールICの構造
ホール素子＋信号処理IC ⇒
EW シリーズホールIC
IC
ホール素子
ホールIC
EM シリーズホールIC
ホールICの出力タイプによる分類
 ホールＩＣ
 リニアホールＩＣ
ホール素子
駆動電源
デジタル（二値）出力
アナログ出力
ホールIC
定電圧／定電流
数100mV程度のアナログ電圧
V
リニアホールIC
定電圧駆動
デジタル出力
アナログ出力（0～Vcc）
V
V
出力
0
B
0
機能
磁場の極性・強さに応じた
アナログ電圧の出力
B
N/S判定、
磁石の有無の判定
0
B
磁場の極性・強さに応じた
アナログ電圧の出力
ホールICの出力タイプによる分類＜カタログの表記＞
ホールICの機能による分類
 スイッチタイプとラッチタイプ
スイッチタイプ（開閉検出）
ラッチタイプ（交番検出）
S極で動作
S極からN極、N極からS極に
磁極が変化した時に動作
S極・N極のいずれでもでも動作
S極とN極を区別して動作
ホールICの基本動作
HIC
磁石
磁束密度 B が
ある値を超えると、出力
はLow。
出力
Bop (Operating Point)
磁束密度 B が
ある値を下回ると、出力
はHigh。
Brp (Releasing Point)
↑
Brp
↑
Bop
磁束密度 B
ホールICの基本動作＜カタログの表記＞
旭化成のホールICラインナップ
旭化成のホールセンサの特長
– 各種ホール素子（材料・成膜技術）を持っている
– ＣＭＯＳ/バイポーラのＩＣ設計技術を持っている
– 小型パッケージの製造技術がある
⇒ 多様な特性を備えたホールＩＣのラインナップ
タイプ
構成
材料（Hall素子）
IC駆動
出力動作
EM型
モノリシック
Si
パルス駆動
スイッチ
EQ型
ハイブリッド
常時駆動
リニア
EW型
ハイブリッド
常時駆動
スイッチ
（シリコン）
InAs
(インジウム・砒素)
InSb
(インジウム・アンチモン)
旭化成のホールICラインナップ
ホールICの性能は「ホール素子」と「処理IC」の特性で決まる。
ホール素子
品番
材料
特長
EM-xxxx
Si
ICとの
親和性高い
EQ-xxxx
InAs
中感度
不飽和領域広い
EW-xxxx
InSb
超高感度
処理IC
特長
主なアプリケーション
•間欠駆動
•低消費電力
•超小型
携帯機器などの開閉検出
• アナログ出力
• 安定した温度特性
アナログ入力デバイス、
電流センサ、位置センサ
•常時駆動
•高速動作
DCブラシレスモータの
磁場検出
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「磁気センサの基礎（４）」
旭化成のEM系ホールＩＣの特長
EMシリーズホールICの特長
EM系ホールICの基本特性
 高感度
 少ない特性ばらつき
 小型パッケージ
主なアプリケーション
 位置検出
 回転検出
タイプ
構成
材料（Hall素子）
IC駆動
出力特性
EM型
モノリシック
Si
間欠駆動
スイッチ
（シリコン）
EMシリーズホールICの特性（１）
 パルス駆動 ⇒ 低消費電力化
 オフセットキャンセル ⇒ 特性ばらつきの低減
【Phase1】
【Phase2】
Vh1=Vh+Vos
B
R
+
-
Ic
1
4
R
B
R
2
R+∆R
3
Vh2
Vh1
R
1
4
R
Vh2=Vh-Vos
R
2
R+∆R
3
Ic
∴Vh=(Vh1+Vh2)/2
+
-
※Vosがキャンセルされる。
ただし、切替えクロック分だけ
応答が遅くなる
EMシリーズホールICの特性（２）
EMシリーズは間欠駆動のため
磁界が変化してからホールICの出力が変化するまで遅れがある
（参考）製品番号の見方
ex) H G – 1 0 6 C
ex) E M – 6 7 8 1
機能、世代、感度など
パッケージ
EM-6781
EM-1781
EM-1712
センサ材料
EW-732
W : InSb
EW-610B
G : GaAs
EW-450B
Q : Quantum wall InAs
HW-101A
Z : InAs
HW-300B
M : Monolithic Si
HG-106C
センサの種類
H : Hall element
E : Hall Effect IC
C : Current sensor
: 両極検知スイッチタイプホールIC 600系パッケージ
: 両極検知スイッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: 低消費電力ラッチタイプホールIC EM1系パッケージ
: ラッチタイプホールIC
700系パッケージ
:ラッチタイプホールIC
600系パッケージ
: 片極検知スイッチタイプホールIC 400系パッケージ
: InSb ホール素子
101Aパッケージ
: InSb ホール素子
300Bパッケージ
: GaAsホール素子感度：0.22mV/mT・V）
106パッケージ
HG-166A : GaAsホール素子感度：0.30mV/mT・V
106パッケージ
EMシリーズホールIC ＜カタログの見方＞
 特性
EMシリーズホールIC ＜カタログの見方＞
 パッケージ
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「磁気センサの基礎（5）」
旭化成のEW系ホールＩＣの特長
EWシリーズホールICの特長
EW系ホールICの基本特性
 高速応答性
常時駆動
オフセットキャンセルなし
 少ない特性ばらつき
主なアプリケーション
 DCブラシレスモータのロータ位置検出
 各種モータの回転検出
 流量計など
Si Chip
Hall element
タイプ
構成
材料（Hall素子）
IC駆動
出力動作
EW型
ハイブリッド
InSb
常時駆動
スイッチ
(インジウム・アンチモン)
EWシリーズホールICの特長
•高速応答性の測定例（EW-710B）
EWシリーズホールIC ＜カタログの見方＞
 特性
 パッケージ
EWシリーズホールIC ＜カタログの見方＞
プルアップ抵抗の有無
EW-710B
EW-712B
EWシリーズホールIC選定時の注意事項
EW-712B
EW-732
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「磁気センサの基礎（6）」
旭化成のEQ系ホールＩＣの特長
EQシリーズリニアホールICの特長（１）
EQ系リニアホールICの基本特性
 高速応答性
 低ノイズ（高S/N）
主なアプリケーション
 精密位置検知
 角度センサ
 電流検知など
タイプ
構成
材料（Hall素子）
IC駆動
出力動作
EQ型
ハイブリッド
InAs
常時駆動
リニア
(インジウム・砒素)
EQシリーズリニアホールICの特長（２）


リニアホールICは磁場の強さに比例した電圧を出力します。
ホール素子と基本的な機能は変わりませんが、“使いやすい”点が特
長です。
出力が飽和しないように感度・磁気回路の設計が必要。

Switch type Hall IC
Linear Hall IC
Vcc
Vcc
Reg
Vo
H
Vo
Out
Out
L
B
Gnd
1/2Vcc
B
Gnd
EQシリーズリニアホールICの特性（１）
特長





レシオメトリック・アナログ出力
高速応答: Typ. 3µs
高感度 : 65mV/mT (Vcc=5V)
良温度特性：±5%
低出力ノイズ:5mV (peak-to-peak )
磁気的及び電気的特性（EQ-431L）
Parameter
動作電圧
消費電流
中点電圧
磁気感度
応答時間
conditions
min
3
2.35
50
90% 到達
typ
5
9
2.5
65
3
max
5.5
12
2.65
80
5
unit
V
mA
V
mV/mT
µs
感度の温度係数
全温度範囲（-30-100）℃
-5
0
5
%
中点電圧の温度係数
全温度範囲（-30-100）℃
-0.5
0
0.5
mV/ oC
EQシリーズリニアホールICの特性（２）
40
30
EQ-431L 5V const voltage drive
HG-166A 5mA const current drive
HG-166A 6V const voltage drive
20
10
0
-10
-20
-30
5%
Change rate from 25deg C
-40
-50
0
50
100
Temperature (deg C)
150
Frequency characteristic
Response
90%
Magnetic sensitivity change rate(%)
Vcc=5V
5
4.5
Vcc=4V
4
3.5
Vcc=3V
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Magnetic field density [mT]
Temperature dependency of Sensitivity
Rise up
3us
Input MFD
Fall down
3us
90%
Output voltage
90%
90%
0.5V/div ( Output voltage
)
5 us/div
Change of output voltage (%)
Output voltages(V)
Output voltage vs magnetic field density
5
0
-10
-20
-30
-40
-50
10
EQ-731L
EQ-431L
100
1k
10k
100k
Frequency (Hz)
1M
EQシリーズリニアホールICの特性（３）
EQ-430L/730L
EQ-432L/732L
EQ-431L/731L
EQ-433L/733L
使用可能な磁場範囲が製品によって異なるので注意が必要
EQシリーズリニアホールICの特性（４）
応答性
出力ノイズ
中点電位の温度特性
感度の温度特性
±3.0%
Output
中点電圧変動　(mV/℃)
Input
150
10
感度変動　(%/℃)
5mV
5µs
1V
(AKM)
EQ-731L
15
200ms
5
0
-5
-10
65 mV/mT
-15
-50
3µs
0
50
100
±0.25mV/℃
100
50
0
-50
-100
-150
-50
150
5µs
Output
100
150
150
±4.0%
10
±0.30mV/℃
100
中点電圧変動　（mV/℃）
0.2V
感度変動　（%/℃）
A社
200ms
50
周囲温度　(℃)
15
5mV
0
周囲温度　(℃)
5
0
-5
-10
50
0
-50
0
50
100
150
-50
-100
-15
4µs
-50
0
50
100
周囲温度　（℃）
15
200ms
Input
Output
150
±2.5%
10
20µs
0.5V
5
0
-5
-10
50 mV/mT
-150
150
周囲温度　（℃）
感度変動　（%/℃）
5mV
Input
中点電圧変動　（mV/℃）
31 mV/mT
27µs
±0.15mV/℃
100
50
0
-50
-100
-150
-15
-50
0
50
周囲温度　（℃）
100
150
-50
0
50
周囲温度　（℃）
100
150
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「磁気センサの基礎（7）」
ホール素子とホールＩＣの使い分け
ホール素子とホールICの使い分け
ホール素子とホールＩＣは
 目的
 使い勝手
 使用環境
によって、一般的には使い分けられています。
ホール素子
ホールIC
リニアホールIC
目的
• 磁場の強さを測定したい
• ゼロ磁場を検出したい
• 小型の超精密位置検出をし
たい
• 磁石と組み合わせて非接
触スイッチを作りたい。
• 磁石の回転を検出したい。
• 磁場の強さを測定したい
• 磁石と組み合わせて角度セ
ンサなどを作りたい
使い勝手
電源駆動方法、信号増幅回
路の選択、調整が必要
目的に応じた部品を選択すれば、電源を供給するだけで、
基本的には動作可能
使用環境
• 出力電圧が小さいので出力
信号を引き回すとノイズの
影響を受け易い。
• 使用温度の変化によって特
性が変化するので、設計時
に十分な検討が必要。
• ホール素子の出力をホールＩＣ内部で増幅等処理するので
ノイズの影響を受けにくい。
• 使用温度範囲内であれば、一定の性能を保つように作ら
れているので、設計が容易。
ホール素子とホールICの使い分け
 目的・用途による使い分け
• 開閉検出センサ
：EW系、EM系ホールＩＣ
• 開閉ポジションセンサ(角度センサ) ：EQ系リニアホールＩＣ
• 高精度角度センサ
：HG系ホール素子
 使用環境による使い分け（ノイズ環境）
•
•
•
•
小型ファンモータ
小型フローメータ
家電用パワーモータ
ＡＣモータの回転検知
：HW系ホール素子
：〃
：EW系ホールＩＣ
：〃
まずは、目的の機能がホールＩＣで実現可能かどうか検討する。
ホールＩＣで実現困難な時に、ホール素子の活用を検討する。
ホール素子が使われる例
DVDスピンドルモータ
3pcs Hall
elements
PC用ファン
1pc Hall
element
ホールICが使われる例
洗濯機
3pcs Hall IC
電動工具
3pcs Hall IC
ホールICが使われる例
エアコン
室内機ファンモータ
室外機ファンモータ
3pcs Hall IC

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