これより、本発明の実施形態について、図� ��を参照しながら説明する。
 図1に、本発明の第1実施形態の磁気結合型� �イソレータ1の回路図を示す。磁気結合型ア� ��ソレータ1は、磁気カプラ素子2と、差動ア� �プ3とからなる。

 磁気カプラ素子2は、互いの接地(基準電� �)が分離された磁界発生回路4および検出ブリ ッジ回路5を有している。

 磁界発生回路4は、1次側電流iが入力され� ��入力端子6と、入力端子6から分岐して、電� �的に並列に設けられた励磁コイル7a,7bと、励 磁コイル7a,7bを通過した電流をそれぞれ接地� ��るグランド端子8a,8bとを有する。

 検出ブリッジ回路5は、2つの磁気抵抗効果� �子9a,9bおよび2つの固定抵抗10a,10bからなるホ� ��ートストンブリッジであり、電源電圧V ₀ が印加される電源端子11と、2つの検出出力端 子12a,12bとを有している。

 差動アンプ3は、検出ブリッジ回路5の2つ� ��力をそれぞれ増幅するバッファアンプ13a,13b と、バッファアンプ13a,13bの出力の差分を増� �出力するメインアンプ14とを有している。

 図2に、本実施形態の磁気結合型アイソレ ータ1の磁気カプラ素子2の具体的な形状を示� ��。磁気カプラ素子2は、基板15の上に、フォ� ��リソグラフィ技術により、磁界発生回路4の 電位の基準となるグランドパターン16と、検� ��ブリッジ回路5の電位の基準となるグランド パターン17とが並んで形成され、さらにその� ��に、各層を不図示の絶縁膜で分離した導電� ��ターンを形成することで、磁界発生回路4お よび検出ブリッジ回路5を形成している。

 図示するように、磁気カプラ素子2の磁界 発生回路4および検出ブリッジ回路5は、入力� ��子6と電源端子11とを結ぶ直線を中心に線対� ��(鏡写し)に形成されている。

 グランドパターン16,17の上には、先ず、� �縁膜を形成してから、磁界発生回路4の入力� ��子6および励磁コイル7a,7bの下層の導電パタ� ��ンが形成されている。その上に、さらに絶� ��膜で分離して、磁気抵抗効果素子検出ブリ� ��ジ回路5が形成され、さらに、絶縁膜で分離 して、磁界発生回路4のグランド端子8a,8bおよ び励磁コイル7a,7bの上層の導電パターンが形� ��されている。励磁コイル7a,7bの上層の導電� �ターンと下層の導電パターンとは、絶縁膜� �貫通する複数のコイル接続層18によって互い に接続され、検出ブリッジ回路5の一部を内� �する立体的な励磁コイル7a,7bを形成している 。上層の導電パターン中に形成されたグラン ド端子8a,8bは、それぞれ、絶縁膜を貫通する� ��地接続層19によってグランドパターン16に接 続されている。

 磁界発生回路4は入力端子6とグランドパ� �ーン16との間に電流が印加されることで、励 磁コイル7a,7bを貫通する磁界を発生させる。� ��磁コイル7a,7bは、左右対称に形成されてい� �が、電流の周回方向は同じ向きになるので� �両者が発生する磁界の向きは同じである。

 検出ブリッジ回路5は、励磁コイル7a,7bに� ��れぞれ内包される対称位置に対をなすよう� ��配置され、金属および絶縁体を含むナノグ� ��ニュラー材料で形成された磁気抵抗効果膜1 9a,19bおよび磁気抵抗効果膜20a,20bを有してい� �。そして、検出ブリッジ回路5は、磁気抵抗� ��果膜19a,19b,20a,20bから、それぞれ、互いに対� ��なすように、励磁コイル7a,7bが形成する磁� �に沿って互いに反対方向に、励磁コイル7a,7b の外側まで延伸する導電接続アーム21a,21b、� �電接続アーム22a,22b、導電接続アーム23a,23bお よび導電接続アーム24a,24bを有する。導電接� �アーム21aと導電接続アーム23aとは、励磁コ� �ル7aから突出した端部同士が出力端子12aを構 成する導電パターンによって互いに接続され 、導電接続アーム22aと導電接続アーム24aとは 、励磁コイル7bから突出した端部同士が出力� ��子12bを構成する導電パターンによって互い� ��接続されている。導電接続アーム21bと導電� ��続アーム22bとは、励磁コイル7a,7bから突出� �た端部同士が、絶縁層を貫通する接地接続� �25によってグランドパターン17に接続された� ��地パターン26によって互いに接続されてい� �。導電接続アーム23bと導電接続アーム24bと� �、励磁コイル7a,7bから突出した端部同士が、 電源端子11を有する導電パターン27によって� �いに接続されている。

 導電接続アーム21a,21bおよび導電接続アー ム24a,24bは軟磁性材料からなり、導電接続ア� �ム22a,22bおよび導電接続アーム23a,23bは、非磁 性材料からなっている。つまり、互いに対象 位置にある導電接続アームの対21a,21bと導電� �続アームの対22a,22bとは、或いは、導電接続� ��ームの対23a,23bと導電接続アームの対24a,24b� �は、互いに線対称な幾何学形状を有してい� �が、その材質が互いに異なっている。

 軟磁性材料からなる導電接続アームの対2 1a,21bおよび24a,24bは、励磁コイル7aおよび7bが� ��生する磁束を案内して、磁気抵抗効果膜20a� ��よび21bに印加する。このため、磁気抵抗効� ��膜20aおよび21bは、入力端子に入力される電� ��の値に応じて同じ割合で抵抗値が増減する� ��つまり、導電接続アーム21a,21bと磁気抵抗効 果膜19aとが一体となって、励磁コイル7aが発� ��した磁界の強度に応じて抵抗値が変化する� ��気抵抗効果素子9aを構成し、導電接続アー� �24a,24bと磁気抵抗効果膜20bとが一体となって� ��励磁コイル7bが発生した磁界の強度に応じ� �抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子9bを構成 している。

 一方、非磁性材料からなる導電接続アー� ��の対22a,22bおよび23a,23bは、励磁コイル7aおよ び7bが発生する磁束を排斥して、磁気抵抗効� ��膜20aおよび21bに印加されないようにする。� ��のため、磁気抵抗効果膜20bおよび21aは、入� ��端子に入力される電流によって抵抗値が殆� ��増減しない。つまり、導電接続アーム23a,23b と磁気抵抗効果膜20aとが一体となって、励磁 コイル7aが発生した磁界に影響されない固定� ��抗10aを構成し、導電接続アーム22a,22bと磁気 抵抗効果膜20aとが一体となって、励磁コイル 7bが発生した磁界に影響されない固定抵抗10b� ��構成している。

 よって、磁気抵抗効果素子9a,9bおよび固� �抵抗10a,10bで形成されたホイートストンブリ� ��ジの出力端子12a,12bには、磁界発生回路4と� �気抵抗効果素子9a,9bとの磁気的結合によって 、入力端子に印加される電流値に比例する電 圧が出力される。

 また、出力端子12aおよび12bから見た磁界� ��生回路4に対する容量結合および誘導結合の 度合いは、磁界発生回路4および検出ブリッ� �回路5が線対称に構成されていることから、� ��力端子12aと出力端子12bとで違いがない。こ� ��ため、出力端子12aおよび12bには、入力側と� ��容量結合および誘導結合によって同相で同� ��形のノイズが誘起される。つまり、差動ア� ��プ3で、両出力端子12a,12b電圧の差分をとれ� �、容量結合および誘導結合によるノイズが� �去される。

 軟磁性材料からなる導電接続アーム21a,21b ,24a,24bと、非磁性材料からなる導電接続アー� ��22a,22b,23a,23bとは、できるだけ等しい抵抗値� ��有することが、検出ブリッジ回路4の対称性 を高め、出力感度を高めるために好ましい。

 本実施形態において、非磁性体材料から� ��る導電接続アーム22a,22bおよび23a,23bに挟ま� �た磁気抵抗効果膜19bおよび20aは、磁気抵抗� �果を示さない抵抗体に置き換えてもよい。� �の場合、導電接続アーム21a,21bおよび24a,24bを 、導電接続アーム22a,22bおよび23a,23bと同様に� ��磁性材体材料で形成すれば、幾何学形状だ� ��でなく磁気特性も対称になるのでより好ま� ��い。

 また、本実施形態では、導電接続アーム2 1a,21b、22a,22b、23a,23bおよび24a,24bは、励磁コイ ル7a,7bの外側にまで延伸しているが、接地パ� ��ーン26、導電パターン27および出力端子12a,12 bが、対称に、励磁コイル7a,7bの内部まで延伸 し、磁気抵抗効果膜19a,19b,20a,20bの両側に短い 導電接続アーム21a,21b、22a,22b、23a,23bおよび24a ,24bを配置してもよい。

 図3に、本実施形態の磁気カプラ素子2の� �造を簡略化して示す。図3においては、入力� ��子6は、2つの対象位置にある入力端子6a,6bに 分割されている。この入力端子6a,6bには、同� ��入力に接続され、等しい入力電流が入力さ� ��る。

 この図が示すように、本実施形態の磁気� ��プラ素子2は、検出ブリッジ回路4の電源端� �11と、接地位置(接地接続層25)とを結ぶ直線L� ��ついて線対称(鏡写し)に形成される必要が� �る。

 図4に、本発明の第2実施形態の磁気カプ� �素子2を示す。以降の説明において、先に述� ��た構成要素と同じ目的で設けられた構成要� ��には同じ符号を付して説明を省略する。

 本実施形態では、励磁コイル7a,7bは、平� �的に形成された渦巻き状の導電パターンか� �なるが、磁界発生回路3の入力端子6、検出ブ リッジ回路5の電源端子11および接地接続層25� ��対して線対称に形成されている点は第1実施 形態と同様である。また、本実施形態の、出 力端子12a,12bは、励磁コイル7a,7bを横断して磁 気カプラ素子2の端部にまで延伸している。

 本実施形態においても、励磁コイル7a,7b� �発生する磁界によって、磁気抵抗効果膜19a� �よび20bの抵抗値が変化するので、出力端子12 a、12b間に入力電流に比例する電圧が出力さ� �る。また、出力端子12a、12bから見た入力側� �の容量結合および誘導結合が同じになるの� �、出力端子12aおよび12bに誘起されるノイズ� �、同相で同波形になり、差動アンプで除去� �れる。

 図5に、本発明の第3実施形態の磁気カプ� �素子2の概略を示す。本実施形態において、� ��出ブリッジ回路5は、軟磁性材料からなる導 電接続アーム21a,21bおよび22a,22bにそれぞれ挟� ��れた1対の磁気抵抗効果膜19aおよび19bからな る磁気抵抗効果素子9a,9bと、固定抵抗10a,10bを 構成する励磁コイル7aおよび7bの外部に配置� �れた1対の抵抗体28aおよび28bとで構成された� ��イートストンブリッジである。

 本実施形態では、励磁コイル7aと7bとは、 一体となって、磁気抵抗効果膜19a,19bに磁界� �印加するようになっている。

 本実施形態では、すべての構成要素が、� ��気抵抗効果膜19a,19bの中点Pを中心に3次元空� ��において点対称になるように配置される。� ��れによっても、出力端子12aおよび12bから見� ��磁界発生回路4および検出ブリッジ回路の幾 何学形状が相対的に等しくなり、誘起される 容量性および誘導性のノイズが差動アンプで 除去可能なものになる。

 図6に、本実施形態の具体的形状を示す。 本実施形態では、2つの励磁コイル1a,1bの入力 端子6aと6bおよびグランド端子8aと8bが点対称� ��なるように配置されているが、励磁コイル7 a,7bが発生する磁界の向きは同じである。ま� �、検出ブリッジ回路5は、磁気抵抗効果膜19a� ��19bから両側に励磁コイル7a,7bの中を並列し� �延伸する軟磁性材料からなる導電接続アー� �21a,21b,22a,22bの端部に、出力端子12a、電源端� �11、出力端子12および接地パターン26が設け� �れ、並列する導電接続アーム21aと22aおよび21 bと22bは、それぞれ励磁コイル7a,7bの外部で抵 抗体28a,28bによって互いに接続されている。

 図7に、本発明の第4実施形態を示す。本� �施形態は、第3実施形態の磁界発生回路34の� �ランド端子8a,8bを対称中心に配置したスルー ホール8によって構成したものである。

 本実施形態においても、第3実施形態と同 様に、出力端子12aおよび12bに誘起される容量 性および誘導性のノイズが差動アンプで除去 可能なものになる。

 図8に、本発明の第5実施形態の磁気カプ� �素子2の概略を示す。本実施形態は、第3実施 形態と異なり、すべての構成要素を対称軸Z� �ついて回転対称に、つまり、2次元的に点対� ��に形成している。また、本実施形態では、� ��磁コイル7a,7bが、それぞれ独立して、磁気� �抗効果膜19aまたは19bに磁界を印加するよう� �なっている。

 図9に、本実施形態の具体的な形状を示す 。本実施形態では、励磁コイル7aと7bとが並� �して配置され、軟磁性材料からなる導電接� �アーム21a,21bおよび22a,22bに挟まれた磁気抵抗 効果膜19a,19bに磁界を印加するようになって� �る。また、抵抗体28a,28bは、出力端子12aと接� ��パターン26との間、および、電源端子11と出 力端子12との間に配置されている。

 図から明らかなように、本実施形態でも� ��出力端子12aおよび12bのそれぞれから見た磁� ��発生回路4および検出ブリッジ回路5の幾何� �形状が等しい。

 図10に本発明の第6実施形態の磁気カプラ� ��子2の概略を示す。本実施形態は、対称軸L� �ついて線対称(鏡写し)な幾何学形状を有して いるが、磁気カプラ素子2の内部で軟磁性材� �からなる導電接続アーム21a,21bおよび22a,22bに それぞれ挟まれた磁気抵抗効果膜19a,19bおよ� �抵抗体28a,28bを閉回路を構成するに至るまで� ��続しておらず、磁気カプラ素子2の外部の配 線によってホイートストンブリッジを完成さ せるように企図されている。

 つまり、検出ブリッジ回路5の入力端子お よび接地される導体パターン26が、それぞれ� ��入力端子11a,11bおよび導体パターン26a,26bに� �割されて設けられている。検出ブリッジ回� �5の幾何学的対称性を損なうような電路を磁� ��カプラ素子2の外部配線によって構成するよ うにすることで、力端子12aおよび12bのそれぞ れから見た磁界発生回路4および検出ブリッ� �回路5の幾何学形状を等しくすることが容易� ��なる。

 図11に本実施形態の具体的な形状を示す� �図示するように、磁気カプラ素子2の構成要� ��はすべて左右対象に配置されているが、入� ��端子11a,11bおよび接地パターン26a,26bとして� �用するパターンが左右で異なっている。入� �端子11aと11bとを、および、接地パターン26a� �26bとを互いに接続する配線は交差する必要� �あり、磁気カプラ素子2上に設けると、その� ��称性を損なうこととなるが、磁気カプラ素� ��2の外部において配線することで、容量結合 や誘導結合のない接続を可能としている。

 また、図12に示す本発明の第7実施形態の� ��うに、第6実施形態の励磁コイル7a,7bを平面� ��な渦巻き状のコイルとすることもできる。

 図13に、本発明の第8実施形態の磁気カプ� ��素子2を示す。本実施形態は、図12の磁気カ� ��ラ素子2を、対称軸Lで折り曲げて励磁コイ� �7aと7bとを重ね合わせて一体としたものであ� ��。

 つまり、本実施形態の磁気カプラ素子2は 、平面的に形成された1つの励磁コイル7を有� ��、検出ブリッジ回路5を、つまり、磁気抵抗 効果膜19aと19bとを、導電接続アーム21aと21b等 を、励磁コイル7の両面に対称になるように� �れぞれ配置したものである。

 また、図14に示す本発明の第9実施形態の� ��うに、図4の第2実施形態の磁気カプラ素子2� ��対称軸Lで折り曲げてもよい。

 第8実施形態および第9実施形態において� �、出力端子12aおよび12bのそれぞれから見た� �界発生回路4および検出ブリッジ回路5の幾何 学形状が等しいことは一目瞭然である。

 以上のような、本発明の磁気カプラ素子2 の2つの出力には、同相のノイズ成分が含ま� �る。しかし、実際の差動アンプ3は、周波数� ��高くなると、同相のノイズを十分に除去で� ��なくなる。そこで、差動アンプ3を含めた本 発明の磁気結合型アイソレータ1の性能をシ� �ュレーションした結果を以下に示す。

 (シミュレーション例)
 図15および図16に、本シミュレーションに用 いた磁気カプラ素子のモデルを示す。図15は� ��本発明の第1実施形態に基づくモデルであり 、図16は、比較のために用いた従来の磁気カ� ��ラのモデルである。また、図17および図18、 シミュレーションに用いた2種類の差動アン� �の特性を示す。図17に示す差動アンプは、800 MHzまでに対応する低周波タイプの差動アンプ であり、位相オフセットが0.05°、遅れ時間が 0.02nsec、総合ゲインが11dBである。また、図18� ��示す差動アンプは、10GHzまでに対応する高� �波タイプの差動アンプであり、位相オフセ� �トが0.006°、遅れ時間が0.001nsec、総合ゲイン� ��20dBである。

 図19に、以上の各磁気カプラ素子と差動� �ンプとの組み合わせにおいて、電磁界解析� �ミュレータによって解析した結果得られたS/ N比の周波数特性を示す。

 図示するように、本発明の磁気カプラを� ��いることで、従来の磁気カプラを用いる場� ��に比べて、ノイズレベルを低減し、S/N比を� ��きくすることができる。特に、ノイズレベ� ��を低減する効果は、周波数が低いほど顕著� ��なる。しかしながら、高周波域におけるノ� ��ズレベルも各差動アンプの使用領域におい� ��は十分に実用に耐えうるものである。

 以上の実施形態は、フォトリソグラフィ� ��術により薄膜コイルを基板上に作成するこ� ��を前提に説明したが、導線を手巻きまたは� ��械巻き等により基板に巻きつけたものを入� ��コイルとして用いても構わない。