JP3308123B2 - 磁気抵抗効果センサ - Google Patents
磁気抵抗効果センサInfo
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Description
する磁気式のリニアエンコーダやロータリーエンコーダ
等の検出機器の検出部に使用される磁気抵抗効果(以
下、MRと略称する)センサに関するものである。
着磁された磁気記録媒体との相対位置に応じた信号を出
力するもので、磁気記録媒体との相対速度にかかわりな
く、磁気記録媒体の磁界の強さに応じてMRセンサを構
成するMR素子の電気抵抗が変化し、その変化が駆動電
流による両端電圧の変化となり検出信号として取り出さ
れる。このため磁界以外の原因による両端電圧の変動、
いわゆるオフセットはそのまま誤動作ないしは動作余裕
度の低下を引き起こす。オフセット電圧の変動は温度変
動によるものである。
リッジ回路構成とすることでオフセットの問題を解決し
ようとし、そのため回路上でファンクショントリミング
等を行ないオフセット電圧が0Vになるよう工夫してい
る。しかしMRセンサが動作中に各MR素子エレメント
に流れる動作電流により発生する温度の分布によりオフ
セット電圧が発生してしまう。これと同じ理由により電
源投入時のオフセット電圧の整定時間が必要となる問題
を生じていた。
るA相とB相(A相と90度ずれている)用のそれぞれ
のMR素子エレメントをすべて交互に入り組ませること
により動作電流による温度分布の相違を少なくすること
が出来る。しかしこのような回路構成では、基板にMR
センサの回路パターンを形成してなるMRチップの片側
にすべての接続端子を出すことは難しく、立体的なパタ
ーン構成が必要となり、製造が大変困難であった。特に
MRチップの出力端子と差動アンプを接続する時に一般
的なハンダフレキやワイヤボンディング等の接続法にお
いてMRチップの片側に接続端子が集中していないと接
続が大変困難である。
続端子を出す構成として図3のようなMRセンサがあっ
た。このMRセンサは、被検出体として一方向に沿って
N極とS極が所定ピッチλで交互に着磁された磁気メモ
リと呼ばれる磁気記録媒体に対する相対位置を検出する
ためのものであり、磁気メモリに対する相対移動方向を
も検出するため互いに位相が90度ずれたA相とB相の
検出信号を得られるものである。
図の場合、簡略化のため強磁性薄膜抵抗体の一直線状パ
ターンからなるMR素子エレメント1本からなるものと
して示している。MR素子1は一方向に沿って8つ1列
に配置されている。各素子をA相,B相の出力に関わる
役割によって区別するために、A相用の素子にA1〜A
4、B相用の素子にB1〜B4の符号を付してあり、そ
の配置は左から順にA1〜A4,B1〜B4となってい
る。
合う2つづつの素子どうしは直列に接続され、その直列
接続の両端が電源端子Vccとグランド端子Gに接続さ
れ、素子間の中点が出力端子2に接続されて4つの3端
子回路が形成されている。4つの出力端子2に導かれる
それぞれの出力をA相,B相に関して区別するために、
それぞれに符号A+,A−,B+,B−を付してある。
れ、その差動出力がA相の検出信号Aとして出力され
る。また出力B+,B−は差動アンプ4に入力され、そ
の差動出力がB相の検出信号Bとして出力される。
A3とA4、B1とB2、B3とB4は、前述の磁気メ
モリの着磁ピッチ(隣り合うN極とS極間の距離)を
λ、nを0または正の整数として、〔(2n+1)λ/
2〕離れた位置に配置されており、λを検出波形の1波
長としてこれを位相の360度に対応させると、互いに
180度位相がずれた位置に配置されている。また、M
R素子A2とA3、B2とB3は位相が180度ずれた
位置に配置されている。MR素子A4とB1は〔(n+
1/4)λ〕離れた位置で位相が90度ずれた位置に配
置されている。
4,B1〜B4で2つのブリッジ回路(差動回路)が構
成されるためMR素子A1とA4、A2とA3、B1と
B4、B2とB3の抵抗変化が等しく変動すればオフセ
ット電圧は発生しない。
配置の場合、2つのブリッジ回路において対応するMR
素子A1とA4、A2とA3、B1とB4、B2とB3
どうしは互いにMRセンサの全回路パターンの幾何学的
中心線(MR素子の配列方向に直交する中心線)に対し
て線対称に配置されていない。
場合、動作電流による温度上昇による温度分布が上記の
対応するMR素子どうしで異なり、対応するMR素子ど
うしの抵抗のバランスが乱れてしまうので、オフセット
電圧が不安定となる。また、この回路の場合、オフセッ
トとは関係ないが、後述のように磁気メモリの着磁ピッ
チとMR素子パターンのピッチずれが発生した時、A,
B相の位相ずれが発生してしまう。
例の場合、8つのMR素子1自体の配置は図3の従来例
と同じであるが、4つの3端子回路の出力のそれぞれを
出力A+,A−,B+,B−のいずれにするかについて
の配置が異なり、左から順にA+,B+,A−,B−の
順の配置とされている。すなわち、各MR素子1をA
相,B相に関わる役割により区別すると、その配置は左
から順にA1,A2,B1,B2,A3,A4,B3,
B4とされている。
と前述の中心線に対する対称性は線対称に近付くが、ま
だ完全でないために温度分布によるオフセットはまだ発
生してしまう。また磁気メモリとMR素子パターンのピ
ッチのミスマッチによるA,B相の位相差のずれも図3
の例に比べ小さくなるが、まだ完全ではない。
においてc点はA相の電気的中心点、dはB相の電気的
中心点であり、x1はc〜d間の距離を示す。また図5
においてe点はA相の電気的中心点、fはB相の電気的
中心点であり、x2はe〜f間の距離を示す。
チックで出来ており、その片面に磁性粉がコーティング
されている磁気メモリを用い、ある張力で磁気メモリを
張架して使用した場合のずれについて説明する。この時
の磁気メモリの伸び率をαとすると、図3の場合、位相
はx1*(α−1)/λ*360度ずれる。また図5の
場合、位相はx2*(α−1)/λ*360度となり、
x1とx2の長さの違い分だけ図5のほうが有利となる
が、位相のずれは0にはならない。このため最終的には
A相、B相の電気的中心点間距離xの値が0となる事が
望ましい。
たものであり、この種のMRセンサにおいて、MR素子
に流れる動作電流により発生する温度によるオフセット
電圧の変化の発生を防止するとともに、磁気メモリの着
磁ピッチとMR素子パターンのピッチのずれによるA
相,B相出力の位相誤差の発生を防止することができる
構成を提供することを課題としている。
め、本発明によれば、一方向に沿ってN極とS極が所定
ピッチλで交互に着磁された磁気記録媒体に対する相対
位置を検出するためのMRセンサであって、nを0また
は正の整数として、一方向に沿って順に同じ側の一端ど
うしの間隔が(2n+1)λ/2、(n+1/4)λ、
(2n+1)λ/2、(2n+1)λ/2、(2n+
1)λ/2、(n+3/4)λ、(2n+1)λ/2と
いう間隔で一列に配置された8つのMR素子を有し、該
8つのMR素子の配列の端から順に隣り合う2つづつの
素子の直列接続により、両端が電源とグランドに接続さ
れ素子間の中点から出力が取り出される4つの3端子回
路が形成され、該4つの3端子回路の出力のそれぞれを
該回路の配置順で片側から順にA+,B+,B−,A−
として、A+とA−の差動出力と、B+とB−の差動出
力のそれぞれにより互いに90度位相のずれた2相の検
出信号が得られるように構成した。
+とA−を得るための2つの3端子回路どうしで対応す
るMR素子どうし、出力B+とB−を得るための2つの
3端子回路どうしで対応するMR素子どうしにおいて、
それぞれに流れる動作電流によって発生する温度の分布
が同様になり、温度によるオフセット電圧の発生を防止
できる。
子パターンのピッチずれが発生した場合でも2つの相の
位相差の誤差が生じない。
を説明する。なお、図1,図2中において従来例の図3
〜図5中と共通ないし相当する部分には共通の符号が付
してあり、共通部分の説明は省略する。
に同センサの検出対象となる磁気メモリについて説明し
ておく。磁気メモリとして、例えばPETベースの基材
に、Baフェライトの磁性粉を塩、酢ビニールの共重合
体のバインダーに混合した磁性塗料を厚さ10μmでコ
ーティングしたものを用いる。これ以外にFe−Cr−
Co等の金属磁牲体を用いても良い。そして、例えばプ
リンタ用のリニアエンコーダの場合、磁気メモリは36
0DPIの記録密度対応としてN極,S極が交互に7
0.6μmピッチで着磁される。この値が前述した着磁
ピッチ(N−S極間距離)λとなる。
サを説明する。図1は従来例の図3,図5と同様にMR
素子のパターンを簡略化してMRセンサの回路構成を示
している。図2はMRチップの基板上に形成されたMR
センサの実際の回路パターンを示している。
では、従来例と同様に8つのMR素子1が一列に配置さ
れており、配列の端から順に隣り合う2つづつの素子の
直列接続により、両端が電源端子Vccとグランド端子
Gに接続され素子間の中点が出力端子2のそれぞれに接
続された4つの3端子回路が形成され、図4の2つのブ
リッジ回路が形成されるが、3端子回路の出力のそれぞ
れを出力A+,A−,B+,B−のいずれにするかにつ
いての配置が異なっている。すなわち、3端子回路のそ
れぞれの出力は、左から順にA+,B+,B−,A−の
順の配置とされており、各MR素子1をA相,B相に関
わる役割により区別すると、その配置は左から順にA
1,A2,B1,B2,B3,B4,A3,A4とされ
ている。
り、nを0または正の整数として、図2に示すように、
左端のMR素子A1から右方向に順に(2n+1)λ/
2、(n+1/4)λ、(2n+1)λ/2、(2n+
1)λ/2、(2n+1)λ/2、(n+3/4)λ、
(2n+1)λ/2の間隔で配置されている。
が差動アンプ3の+と−の入力端子に入力され、その差
動出力がA相の検出信号Aとして出力される。また出力
B+,B−が差動アンプ4に入力され、その差動出力が
A相と位相が90度ずれたB相の検出信号Bとして出力
される。
るオフセット調整は可変抵抗器5,6により行なうよう
になっている。
ターンの詳細について説明する。
やセラミックスや熱酸化Siウェハーで形成される。こ
の基板7上にパーマロイを500オングストローム程度
の厚さで蒸着しフォトリソグラフィーにより図示される
8つのMR素子1からなり全ての接続端子(出力端子
2,電源端子Vcc,グランド端子G)がチップの片側
に出されたMRセンサの回路パターンを形成する。ここ
で図示された各MR素子の配置間隔を示す式に含まれる
nは前述のように0または正の整数であるが、nの値が
出来るだけ小さいほうがMRチップ全体の大きさが小さ
くなる。nの値は、このMRチップの大きさと上記フォ
トリソグラフィーの精度等を鑑みて最適値を選択するこ
とが望ましい。
性薄膜抵抗体からなる一直線状のMR素子エレメント8
の7本を間隔λで平行に配置し、つづら折り状に直列に
接続して構成されている。エレメント8の本数は7本に
限らず、エレメントの幅、長さLで決定される電気抵抗
値をどれくらいにするかによって決定される。電気抵抗
値を上げることにより動作電流による発熱をおさえると
ともに消費電流値が下がるため高い事が望ましい。しか
し、このためにはエレメントの本数が増え、パターン形
状が大きくなるという問題がある。このため最適値を選
択する必要がある。エレメントの幅、長さはエンコーダ
としての特性にも影響を及ぼすため簡単に電気抵抗値が
上昇する方向に変更することはできず、自ずから最適値
がある。またエレメント8どうしの間隔はλに限らずm
を任意の正の整数としてmλとすれば良い。
ば、図4のブリッジ回路のそれぞれを構成する2つの3
端子回路どうしの対応するMR素子A1とA4,A2と
A3,B1とB4,B2とB3どうしでそれぞれに流れ
る動作電流により発生する温度分布が同様になるため、
図4のブリッジ回路におけるオフセット電圧はたとえ0
でなくても変化せず、安定したものとなる。
子パターンのピッチずれが発生した場合でもA、B相の
位相差の誤差が生じない。
ット電圧に関わる作用効果の詳細を説明する。図6,図
7は、それぞれ図3の従来例と本実施例のMRセンサの
それぞれについて異なる温度環境下における電源電圧V
ccと差動アンプ3,4に入る前のオフセット電圧の関
係を示したグラフである。
ンプに入る前のオフセット電圧はそれが0でない場合で
も電源電圧に対して比例関係を示す。これが比例関係で
ないときは各種温度バランスが異なる事によるオフセッ
ト電圧が生じたためである。比例していれば図1中の所
定の電源電圧Vccの値における可変抵抗器5,6の調
整により、どのような電源電圧Vccに対しても差動ア
ンプ3,4による最終出力のオフセット電圧を0にする
事が可能である。
うに、異なる温度環境1,2下で電源電圧Vccと差動
アンプ前のオフセット電圧の関係は直線性が失われ、所
定の電源電圧Vccの値でオフセット電圧(最終出力)
を0としても他の電源電圧Vccで0でなくなる。それ
に比較して本実施例では図7に示すように、差動アンプ
前のオフセット電圧は電源電圧Vccに対して直線的変
化を示し、電源電圧Vccに比例していることが判る。
これにより本実施例では最終出力のオフセット電圧の電
源電圧依存性を小さくする事ができ、最終出力のオフセ
ット電圧を0にすることができる。
全ての接続端子をMRチップの片側に出すことができ、
差動アンプとの接続が容易に行なえ、またMRチップを
小さくすることができる。
の左右を逆にし、それぞれの配置間隔を両図中右端から
左側へ順に(2n+1)λ/2、(n+1/4)λ、
(2n+1)λ/2、(2n+1)λ/2、(2n+
1)λ/2、(n+3/4)λ、(2n+1)λ/2と
し、各3端子回路の出力の配置も右側から順にA+,B
+,B−,A−としてもよい。
によれば、一方向に沿ってN極とS極が所定ピッチλで
交互に着磁された磁気記録媒体に対する相対位置を検出
するためのMRセンサであって、nを0または正の整数
として、一方向に沿って順に同じ側の一端どうしの間隔
が(2n+1)λ/2、(n+1/4)λ、(2n+
1)λ/2、(2n+1)λ/2、(2n+1)λ/
2、(n+3/4)λ、(2n+1)λ/2という間隔
で一列に配置された8つのMR素子を有し、該8つのM
R素子の配列の端から順に隣り合う2つづつの素子の直
列接続により、両端が電源とグランドに接続され素子間
の中点から出力が取り出される4つの3端子回路が形成
され、該4つの3端子回路の出力のそれぞれを該回路の
配置順で片側から順にA+,B+,B−,A−として、
A+とA−の差動出力と、B+とB−の差動出力のそれ
ぞれにより互いに90度位相のずれた2相の検出信号が
得られるように構成したので、MR素子に流れる動作電
流によって発生する温度によるオフセット電圧の発生を
防止できるとともに、磁気記録媒体の着磁ピッチとMR
素子パターンのピッチずれが発生した場合でも2つの相
の位相差の誤差が生じないという優れた効果が得られ
る。
示す回路図である。
面図である。
る。
つのブリッジ回路を示す回路図である。
である。
ット電圧の関係を示したグラフ図である。
ット電圧の関係を示したグラフ図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 一方向に沿ってN極とS極が所定ピッチ
λで交互に着磁された磁気記録媒体に対する相対位置を
検出するための磁気抵抗効果センサであって、 nを0または正の整数として、一方向に沿って順に同じ
側の一端どうしの間隔が(2n+1)λ/2、(n+1
/4)λ、(2n+1)λ/2、(2n+1)λ/2、
(2n+1)λ/2、(n+3/4)λ、(2n+1)
λ/2という間隔で一列に配置された8つの磁気抵抗効
果素子を有し、 該8つの磁気抵抗効果素子の配列の端から順に隣り合う
2つづつの素子の直列接続により、両端が電源とグラン
ドに接続され素子間の中点から出力が取り出される4つ
の3端子回路が形成され、 該4つの3端子回路の出力のそれぞれを該回路の配置順
で片側から順にA+,B+,B−,A−として、A+と
A−の差動出力と、B+とB−の差動出力のそれぞれに
より互いに90度位相のずれた2相の検出信号が得られ
るように構成したことを特徴とする磁気抵抗効果セン
サ。 - 【請求項2】 前記磁気抵抗効果素子は、強磁性薄膜抵
抗体からなる一直線状の磁気抵抗効果素子エレメントの
複数本をmλ(mは正の整数)の間隔で平行に配置し、
つづら折り状に直列に接続して構成されていることを特
徴とする請求項1に記載の磁気抵抗効果センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01353695A JP3308123B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 磁気抵抗効果センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01353695A JP3308123B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 磁気抵抗効果センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08204252A JPH08204252A (ja) | 1996-08-09 |
JP3308123B2 true JP3308123B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=11835885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01353695A Expired - Fee Related JP3308123B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 磁気抵抗効果センサ |
Country Status (1)
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KR100872091B1 (ko) * | 2007-04-26 | 2008-12-05 | 에스앤티대우(주) | 상대변위 측정 센서모듈 및 이를 이용한 이동방향 감지방법 |
DE102020126871A1 (de) | 2020-10-13 | 2022-04-14 | Infineon Technologies Ag | Ein Sensorsystem, ein System und ein Verfahren zum Bestimmen einer Position oder eines Drehwinkels |
-
1995
- 1995-01-31 JP JP01353695A patent/JP3308123B2/ja not_active Expired - Fee Related
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