JP4861483B2 - GMR sensor - Google Patents
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Description
本発明は、GMRセンサに関し、特に、高分解能が要求される磁気式エンコーダ等に好適なGMRセンサに関する。 The present invention relates to a GMR sensor, and more particularly to a GMR sensor suitable for a magnetic encoder or the like that requires high resolution.
従来、小型ロボットやインクジェットプリンタなどで使用される磁気式エンコーダにおいては、磁気センサとして磁気抵抗効果素子(GMR素子)を用いたGMRセンサを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このGMRセンサにおいては、ピッチpのGMR素子で構成される第1GMR素子群と第2GMR素子群とをp/2ずらして配置し、第1GMR素子群と第2GMR素子群との接続点から中点電圧を得るものである。その上で磁気媒体における着磁を均等ピッチではなく、2λ=λa+λb=2p、λa>λbもしくはλa<λb等とすることで、高分解能の検出精度の実現を図っている。
しかしながら、上述した従来のGMRセンサにおいては、第1GMR素子群における第1GMR素子と第2GMR素子と直列に接続する一方、第2GMR素子群における第3GMR素子と第4GMR素子とを直列に接続し、第2GMR素子と第3GMR素子との接続点から中点電圧を得ることから、外部からのノイズの影響を受けることや、電気信号の強度が不足することに起因して適切に高分解能の検出精度を実現することができない事態が発生し得る。 However, in the conventional GMR sensor described above, the first GMR element and the second GMR element in the first GMR element group are connected in series, while the third GMR element and the fourth GMR element in the second GMR element group are connected in series. Since the midpoint voltage is obtained from the connection point between the 2GMR element and the third GMR element, the detection accuracy of the high resolution can be appropriately obtained due to the influence of external noise and insufficient electrical signal strength. A situation that cannot be realized may occur.
本発明はかかる問題点に鑑みて為されたものであり、外部からのノイズの影響や電気信号の不足に起因する不具合を防止して適切に高分解能の検出精度を実現することができるGMRセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and is capable of appropriately realizing high-resolution detection accuracy by preventing problems caused by the influence of external noise and lack of electrical signals. The purpose is to provide.
本発明のGMRセンサは、第1から第4のそれぞれのGMR素子群を、複数に分割されたGMR素子における分割後の素子部分で構成し、第1のGMR素子群の一端と第2のGMR素子群の一端との接続点に電圧印加端子を接続し、第1のGMR素子群の他端と第3のGMR素子群の一端との接続点に第1出力端子を接続し、第2のGMR素子群の他端と第4のGMR素子群の一端との接続点に第2出力端子を接続し、第3のGMR素子群の他端と第4のGMR素子群の他端との接続点にグランド端子を接続して構成されるブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に対向配置される磁石の移動に伴って生じる第1出力端子の出力信号と第2出力端子の出力信号との差動量を検出する差動量検出手段と、前記差動量を絶対値に変換する絶対値変換手段とを具備するGMRセンサであって、前記ブリッジ回路は、第1のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と、第3のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と交互に一列に配置して第1GMRユニットとする一方、第2のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と、第4のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と交互に一列に配置して第2GMRユニットとし、第1GMRユニットの前記分割後の素子部分と、第2GMRユニットの前記分割後の素子部分とが前記磁石の移動方向と直交する方向に並ぶように第1GMRユニット及び第2GMRユニットを並べて配置したことを特徴とする。 In the GMR sensor of the present invention, each of the first to fourth GMR element groups is constituted by divided element portions of the divided GMR elements, and one end of the first GMR element group and the second GMR element A voltage application terminal is connected to a connection point with one end of the element group, a first output terminal is connected to a connection point between the other end of the first GMR element group and one end of the third GMR element group, A second output terminal is connected to a connection point between the other end of the GMR element group and one end of the fourth GMR element group, and connection between the other end of the third GMR element group and the other end of the fourth GMR element group. A differential amount between the output signal of the first output terminal and the output signal of the second output terminal generated by the movement of the bridge circuit configured by connecting the ground terminal to the point and the magnet disposed opposite to the bridge circuit A differential amount detecting means for detecting the differential amount, and an absolute value converting means for converting the differential amount into an absolute value Wherein the bridge circuit is alternately arranged with the divided element portions constituting the first GMR element group and the divided element portions constituting the third GMR element group. The first GMR unit is arranged in a row, while the divided element portion constituting the second GMR element group and the divided element portion constituting the fourth GMR element group are alternately arranged in a row. The first GMR unit and the second GMR unit so that the divided element portion of the first GMR unit and the divided element portion of the second GMR unit are aligned in a direction perpendicular to the moving direction of the magnet. The unit is arranged side by side.
この構成によれば、複数個に分割したGMR素子でブリッジ回路を構成し、その中点電圧を得る第1出力端子及び第2出力端子からの出力電圧を差動増幅した後、それらの信号の絶対値を求めることから、GMR素子の素子部分の配置ピッチに対応して変化する出力信号が得られるので、高分解能の検出精度を実現することが可能となる。特に、第1出力端子及び第2出力端子からの出力電圧の差動量を検出し、当該差動量を絶対値に変換するようにしたことから、外部からのノイズの影響を低減すると共に、信号強度を向上することができるので、外部からのノイズの影響や電気信号の不足に起因する不具合を防止して適切に高分解能の検出精度を実現することが可能となる。 According to this configuration, a bridge circuit is configured by a plurality of divided GMR elements, the output voltages from the first output terminal and the second output terminal for obtaining the midpoint voltage are differentially amplified, and then the signals are Since the absolute value is obtained, an output signal that changes in accordance with the arrangement pitch of the element portions of the GMR element can be obtained, so that high-resolution detection accuracy can be realized. In particular, since the differential amount of the output voltage from the first output terminal and the second output terminal is detected and converted to an absolute value, the influence of noise from the outside is reduced, and Since the signal intensity can be improved, it is possible to appropriately prevent high-resolution detection accuracy by preventing problems caused by the influence of external noise and lack of electrical signals.
上記GMRセンサにおいては、前記ブリッジ回路を前記磁石の移動方向と直交する方向に2つ並べて配置すると共に、当該2つのブリッジ回路が有する前記分割後の素子部分が前記磁石の移動方向にずれるように当該2つのブリッジ回路を配置することが好ましい。この場合には、2つのブリッジ回路を磁石の移動方向と直交する方向に並べて配置すると共に、それぞれのGMR素子の素子部分が磁石の移動方向にずれるように配置したことから、磁石の移動方向に応じて2つのブリッジ回路からの出力波形に位相のずれを発生させることができるので、当該位相のずれから磁石の移動方向を検出することが可能となる。 In the GMR sensor, two bridge circuits are arranged side by side in a direction orthogonal to the moving direction of the magnet, and the divided element portions of the two bridge circuits are shifted in the moving direction of the magnet. It is preferable to arrange the two bridge circuits. In this case, since the two bridge circuits are arranged side by side in a direction orthogonal to the moving direction of the magnet, and the element portions of the respective GMR elements are arranged so as to be shifted in the moving direction of the magnet, Accordingly, a phase shift can be generated in the output waveforms from the two bridge circuits, so that the moving direction of the magnet can be detected from the phase shift.
特に、上記GMRセンサにおいては、前記2つのブリッジ回路が有する前記分割後の素子部分が、当該分割後の素子部分の配置ピッチの1/4又は3/4の距離だけずれるように配置することが好ましい。この場合には、磁石の移動方向に応じて2つのブリッジ回路からの出力波形に90度の位相のずれを発生させることができるので、当該位相のずれから確実に磁石の移動方向を検出することが可能となる。 Particularly, in the GMR sensor, the divided element portions of the two bridge circuits may be arranged so as to be shifted by a distance of 1/4 or 3/4 of the arrangement pitch of the divided element portions. preferable. In this case, a 90 degree phase shift can be generated in the output waveforms from the two bridge circuits in accordance with the moving direction of the magnet, so that the moving direction of the magnet can be reliably detected from the phase shift. Is possible.
本発明によれば、複数個に分割したGMR素子でブリッジ回路を構成し、その中点電圧を得る第1出力端子及び第2出力端子からの出力電圧の差動量を検出し、当該差動量を絶対値に変換するようにしたことから、外部からのノイズの影響を低減すると共に、信号強度を向上することができるので、外部からのノイズの影響や電気信号の不足に起因する不具合を防止して適切に高分解能の検出精度を実現することが可能となる。 According to the present invention, the GMR element divided into a plurality of parts constitutes a bridge circuit, detects the differential amount of the output voltage from the first output terminal and the second output terminal to obtain the midpoint voltage, and the differential Since the amount is converted to an absolute value, the influence of noise from outside can be reduced and the signal strength can be improved. Thus, it is possible to appropriately achieve high-resolution detection accuracy.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るGMRセンサ10の要部の構成を説明するための図である。図1に示すように、実施の形態1に係るGMRセンサ10は、4個のGMR素子(巨大磁気抵抗効果素子)R1〜R4を備えている。これらの4個のGMR素子R1〜R4は、複数個に分割されている。ここでは、各GMR素子R1〜R4が、それぞれ3つに分割された場合について示しているが、これに限定されるものではない。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a main part of a
以下においては、分割されたGMR素子R1の素子部分を、素子部分R1−1〜R1−3と呼ぶものとする。また、他のGMR素子R2〜R4の素子部分についても同様とする。なお、GMR素子R1の素子部分R1−1〜3は、第1のGMR素子群を構成するものであり、GMR素子R2の素子部分R2−1〜3は、第2のGMR素子群を構成するものである。同様に、GMR素子R3の素子部分R3−1〜3は、第3のGMR素子群を構成するものであり、GMR素子R4の素子部分R4−1〜3は、第4のGMR素子群を構成するものである。 Hereinafter, the element portions of the divided GMR element R1 are referred to as element portions R1-1 to R1-3. The same applies to the element portions of the other GMR elements R2 to R4. The element portions R1-1 to R1-1-3 of the GMR element R1 constitute a first GMR element group, and the element parts R2-1 to R3 of the GMR element R2 constitute a second GMR element group. Is. Similarly, the element parts R3-1 to R3-1 of the GMR element R3 constitute a third GMR element group, and the element parts R4-1 to R3 of the GMR element R4 constitute a fourth GMR element group. To do.
これらのGMR素子R1〜R4は、図1に示すように、ブリッジ接続されてブリッジ回路20を構成している。すなわち、直列接続されたGMR素子R1及びR3と、直列接続されたGMR素子R2及びR4とが並列接続され、電源電圧VddとアースGndとの間に接続されている。そして、GMR素子R1とGMR素子R3との間の接続点から出力端子Out1が引き出され、GMR素子R2とGMR素子R4との間の接続点から出力端子Out2が引き出されている。
These GMR elements R1 to R4 are bridge-connected to form a
より具体的には、GMR素子R1の素子部分R1−1とGMR素子R2の素子部分R2−1との接続点に電源電圧Vddを接続し、GMR素子R1の素子部分R1−3とGMR素子R3の素子部分R3−1との接続点に第1出力端子Out1を接続し、GMR素子R2の素子部分R2−3とGMR素子R4の素子部分R4−1との接続点に第2出力端子Out2を接続し、GMR素子R3の素子部分R3−3とGMR素子R4の素子部分R4−3との接続点にアースGndを接続してブリッジ回路20が構成されている。
More specifically, the power supply voltage Vdd is connected to the connection point between the element part R1-1 of the GMR element R1 and the element part R2-1 of the GMR element R2, and the element part R1-3 of the GMR element R1 and the GMR element R3. The first output terminal Out1 is connected to the connection point with the element part R3-1, and the second output terminal Out2 is connected to the connection point between the element part R2-3 of the GMR element R2 and the element part R4-1 of the GMR element R4. The
図2は、実施の形態1に係るGMRセンサ10が有するGMR素子R1〜R4の素子部分の位置関係を説明するための図である。図2に示すように、ブリッジ回路20においては、図2に示す磁石の移動方向に沿って素子部分R1−1〜3、素子部分R2−1〜3、素子部分R3−1〜3、並びに、素子部分R4−1〜3が並べて配置されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship between the element portions of the GMR elements R1 to R4 included in the
特に、ブリッジ回路20においては、GMR素子R1を構成する素子部分R1−1〜3と、GMR素子R3を構成する素子部分R3−1〜3と交互に図2に示す左右方向に一列に配置して第1GMRユニットR13を構成する一方、GMR素子R2を構成する素子部分R2−1〜3と、GMR素子R4を構成する素子部分R4−1〜3と交互に図2に示す左右方向に一列に配置して第2GMRユニットR24を構成している。
In particular, in the
そして、第1GMRユニットR13の素子部分R1−1〜3及び素子部分R3−1〜3と、第2GMRユニットR24の素子部分R2−1〜3及び素子部分R4−1〜3とが後述する磁石Mの移動方向と直交する方向に並ぶように第1GMRユニットR13及び第2GMRユニットR24を並べて配置している。具体的には、図2に示すように、GMR素子R1を構成する素子部分R1−1〜3が、GMR素子R4を構成する素子部分R4−1〜3の図2に示す下方側に並べて配置され、GMR素子R3を構成する素子部分R3−1〜R3−3が、GMR素子R2を構成する素子部分R2−1〜3の同図に示す下方側に並べて配置されている。 And the element part R1-1-3 and element part R3-1-3 of 1st GMR unit R13, and element part R2-1-3 and element part R4-1-3 of 2nd GMR unit R24 are mentioned later magnet M. The first GMR unit R13 and the second GMR unit R24 are arranged side by side so as to be aligned in a direction orthogonal to the moving direction of the first GMR unit. Specifically, as shown in FIG. 2, the element portions R1-1 to R-3 constituting the GMR element R1 are arranged side by side below the element portions R4-1 to R3 constituting the GMR element R4 shown in FIG. The element parts R3-1 to R3-3 constituting the GMR element R3 are arranged side by side on the lower side of the element parts R2-1 to R3-3 constituting the GMR element R2 shown in FIG.
実施の形態1に係るGMRセンサ10には、図2に示すように、上述したGMR素子R1〜R4が形成される基板に磁石Mが対向配置される。この磁石Mは、基板から一定距離だけ離間した状態で移動可能に構成されている。なお、図2においては、説明の便宜上、GMR素子R1〜R4から上方側にずらした磁石Mの一部を示している。磁石Mは、等間隔に着磁された多極着磁磁石で構成されており、図2に示す矢印方向に移動可能(回転移動を含む)に構成されている。例えば、磁石Mは、外周面に多極着磁層を有する、回転可能な円盤状の磁石等で構成される。
In the
ここで、実施の形態1に係るGMRセンサ10における磁石Mの着磁ピッチと、GMR素子R1〜R4の素子部分(R1−1〜3、R2−1〜3、R3−1〜3及びR4−1〜3)との関係について説明する。図2に示すように、第1GMRユニットR13において、素子部分R1−1〜3及び素子部分R3−1〜3は、等間隔に配置されている。そして、その両端に位置する素子部分R1−1及びR3−1が磁石Mにおける一方の極の幅に収まる位置に配置されている。なお、第2GMRユニットR24についても同様である。
Here, the magnetization pitch of the magnet M in the
このような構成を有し、実施の形態1に係るGMRセンサ10においては、磁石Mによる外部磁界、すなわち、磁石Mから発生する磁束をGMR素子R1〜R4に作用させる。そして、GMR素子R1〜R4の電気抵抗値の変化を、当該磁束の向きにより生じさせ、これらを有するブリッジ回路20の出力電圧を変化させるものである。
In the
なお、磁石Mからの磁束に感応して出力信号を出力するGMR素子R1〜R4は、基本的な構成として、反強磁性層、ピン層、中間層及びフリー層を基板上に積層して形成され、巨大磁気抵抗効果を利用したGMR(Giant Magnet Resistance)素子として構成されている。 The GMR elements R1 to R4 that output an output signal in response to the magnetic flux from the magnet M are basically formed by laminating an antiferromagnetic layer, a pinned layer, an intermediate layer, and a free layer on a substrate. It is configured as a GMR (Giant Magnet Resistance) element utilizing a giant magnetoresistance effect.
GMR素子R1〜R4が巨大磁気抵抗効果(GMR)を発揮するためには、例えば、反強磁性層がα−Fe2O3層、ピン層がNiFe層、中間層がCu層、フリー層がNiFe層から形成されることが好ましいが、これらのものに限定されるものではなく、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、いずれのものであってもよい。また、GMR素子R1〜R4は、磁気抵抗効果を発揮するものであれば、上記の積層構造のものに限定されるものではない。In order for the GMR elements R1 to R4 to exhibit the giant magnetoresistance effect (GMR), for example, the antiferromagnetic layer is an α-Fe 2 O 3 layer, the pinned layer is a NiFe layer, the intermediate layer is a Cu layer, and the free layer is Although it is preferable to form from a NiFe layer, it is not limited to these, and any may be used as long as it exhibits a magnetoresistive effect. Further, the GMR elements R1 to R4 are not limited to those having the above laminated structure as long as they exhibit a magnetoresistive effect.
実施の形態1に係るGMRセンサ10において、例えば、磁石Mが図2に示す移動方向の左方側に移動すると、GMR素子R1〜R4の電気抵抗値が変化し、その出力電圧(GMR素子R1〜R4を有するブリッジ回路20の出力電圧)は、図3に示すように変化する。すなわち、第1出力端子Out1と第2出力端子Out2とは、電源電圧Vddのおよそ半分の電圧(以下、「基準電圧」という)を基準として対称な出力波形を示している。第1出力端子Out1及び第2出力端子Out2は、基準電圧よりも高い電圧と、基準電圧とを交互に3回出力した後、基準電圧よりも低い電圧と、基準電圧とを交互に3回出力する。そして、このような電圧を繰り返し出力する。なお、基準電圧は、GMR素子R1の抵抗値とGMR素子R3の抵抗値とが釣り合っている場合、並びに、GMR素子R2の抵抗値とGMR素子R4の抵抗値とが釣り合っている場合に出力される。
In the
具体的には、第1GMRユニットR13において、GMR素子R1の素子部分R1−1の上方に磁石Mの一方の極(例えば、S極)が移動すると、GMR素子R1の抵抗値がGMR素子R3の抵抗値よりも大きくなるので、第1出力端子Out1から基準電圧よりも低い電圧が出力される。続いて、GMR素子R3の素子部分R3−3の上方に磁石Mが移動すると、GMR素子R1の抵抗値とGMR素子R3の抵抗値とが同一となるので、第1出力端子Out1から基準電圧が出力される。同様に、GMR素子R1の素子部分R1−2、GMR素子R3の素子部分R3−2、GMR素子R1の素子部分R1−2、並びに、GMR素子R3の素子部分R3−2の上方に磁石Mが移動していくと、第1出力端子Out1からは、基準電圧よりも低い電圧と基準電圧とが交互に出力される。 Specifically, in the first GMR unit R13, when one pole (for example, the S pole) of the magnet M moves above the element portion R1-1 of the GMR element R1, the resistance value of the GMR element R1 becomes the value of the GMR element R3. Since it becomes larger than the resistance value, a voltage lower than the reference voltage is output from the first output terminal Out1. Subsequently, when the magnet M moves above the element portion R3-3 of the GMR element R3, the resistance value of the GMR element R1 and the resistance value of the GMR element R3 become the same, so that the reference voltage is supplied from the first output terminal Out1. Is output. Similarly, a magnet M is provided above the element part R1-2 of the GMR element R1, the element part R3-2 of the GMR element R3, the element part R1-2 of the GMR element R1, and the element part R3-2 of the GMR element R3. As it moves, a voltage lower than the reference voltage and a reference voltage are alternately output from the first output terminal Out1.
そして、GMR素子R1の素子部分R1−1の上方に磁石Mの他方の極(例えば、N極)が移動すると、GMR素子R1の抵抗値がGMR素子R3の抵抗値よりも小さくなるので、第1出力端子Out1からは基準電圧よりも高い電圧が出力される。続いて、GMR素子R3の素子部分R3−3の上方に磁石Mが移動すると、GMR素子R1の抵抗値とGMR素子R3の抵抗値とが同一となるので、第1出力端子Out1から基準電圧が出力される。同様に、GMR素子R1の素子部分R1−2、GMR素子R3の素子部分R3−2、GMR素子R1の素子部分R1−2、並びに、GMR素子R3の素子部分R3−2の上方に磁石Mが移動していくと、第1出力端子Out1からは、基準電圧よりも高い電圧と基準電圧とが交互に出力される。 When the other pole (for example, N pole) of the magnet M moves above the element portion R1-1 of the GMR element R1, the resistance value of the GMR element R1 becomes smaller than the resistance value of the GMR element R3. A voltage higher than the reference voltage is output from one output terminal Out1. Subsequently, when the magnet M moves above the element portion R3-3 of the GMR element R3, the resistance value of the GMR element R1 and the resistance value of the GMR element R3 become the same, so that the reference voltage is supplied from the first output terminal Out1. Is output. Similarly, a magnet M is provided above the element part R1-2 of the GMR element R1, the element part R3-2 of the GMR element R3, the element part R1-2 of the GMR element R1, and the element part R3-2 of the GMR element R3. As it moves, a voltage higher than the reference voltage and a reference voltage are alternately output from the first output terminal Out1.
一方、第2GMRユニットR24において、GMR素子R4の素子部分R4−3の上方に磁石Mの一方の極(例えば、S極)が移動すると、GMR素子R4の抵抗値がGMR素子R2の抵抗値よりも大きくなるので、第2出力端子Out2から基準電圧よりも高い電圧が出力される。続いて、GMR素子R2の素子部分R2−1の上方に磁石Mが移動すると、GMR素子R4の抵抗値とGMR素子R2の抵抗値とが同一となるので、第2出力端子Out2から基準電圧が出力される。同様に、GMR素子R4の素子部分R4−2、GMR素子R2の素子部分R2−2、GMR素子R4の素子部分R4−1、並びに、GMR素子R2の素子部分R2−3の上方に磁石Mが移動していくと、第2出力端子Out2からは、基準電圧よりも高い電圧と基準電圧とが交互に出力される。 On the other hand, in the second GMR unit R24, when one pole (for example, the S pole) of the magnet M moves above the element portion R4-3 of the GMR element R4, the resistance value of the GMR element R4 is greater than the resistance value of the GMR element R2. Therefore, a voltage higher than the reference voltage is output from the second output terminal Out2. Subsequently, when the magnet M moves above the element portion R2-1 of the GMR element R2, the resistance value of the GMR element R4 and the resistance value of the GMR element R2 become the same, so that the reference voltage is supplied from the second output terminal Out2. Is output. Similarly, a magnet M is provided above the element part R4-2 of the GMR element R4, the element part R2-2 of the GMR element R2, the element part R4-1 of the GMR element R4, and the element part R2-3 of the GMR element R2. As it moves, a voltage higher than the reference voltage and a reference voltage are alternately output from the second output terminal Out2.
そして、GMR素子R4の素子部分R4−3の上方に磁石Mの他方の極(例えば、N極)が移動すると、GMR素子R4の抵抗値がGMR素子R2の抵抗値よりも小さくなるので、第2出力端子Out2からは基準電圧よりも低い電圧が出力される。続いて、GMR素子R2の素子部分R2−1の上方に磁石Mが移動すると、GMR素子R4の抵抗値とGMR素子R2の抵抗値とが同一となるので、第2出力端子Out2から基準電圧が出力される。同様に、GMR素子R4の素子部分R4−2、GMR素子R2の素子部分R2−2、GMR素子R4の素子部分R4−1、並びに、GMR素子R2の素子部分R2−3の上方に磁石Mが移動していくと、第2出力端子Out2からは、基準電圧よりも低い電圧と基準電圧とが交互に出力される。 When the other pole (for example, N pole) of the magnet M moves above the element portion R4-3 of the GMR element R4, the resistance value of the GMR element R4 becomes smaller than the resistance value of the GMR element R2. A voltage lower than the reference voltage is output from the two output terminal Out2. Subsequently, when the magnet M moves above the element portion R2-1 of the GMR element R2, the resistance value of the GMR element R4 and the resistance value of the GMR element R2 become the same, so that the reference voltage is supplied from the second output terminal Out2. Is output. Similarly, a magnet M is provided above the element part R4-2 of the GMR element R4, the element part R2-2 of the GMR element R2, the element part R4-1 of the GMR element R4, and the element part R2-3 of the GMR element R2. As it moves, a voltage lower than the reference voltage and a reference voltage are alternately output from the second output terminal Out2.
実施の形態1に係るGMRセンサ10は、図4に示すように、このようなブリッジ回路20に接続された差動増幅器30、絶対値変換器40及び比較器50を備えている。差動増幅器30は、差動量検出手段として機能し、第1出力端子Out1及び第2出力端子Out2からの出力電圧の差を求めて増幅した信号を得る。絶対値変換器40は、絶対値変換手段として機能し、増幅器30で増幅された信号の絶対値を計算する。比較器50は、絶対値変換器40で計算された絶対値を予め定められた閾値と比較し、波形整形された信号を得る。なお、図4においては、GMRセンサ10における各構成要素からの出力信号の波形例を示している。
As shown in FIG. 4, the
このような構成を有するGMRセンサ10において、磁石Mが移動すると、ブリッジ回路20からの出力電圧が差動増幅器30で差動増幅されて絶対値変換器40に出力される。そして、絶対値変換器40で絶対値に変換された後、比較器50で波形整形された信号が得られる。この場合、波形整形された信号は、GMR素子R1〜R4の素子部分の配置ピッチに対応して変化することとなる。
In the
このように実施の形態1に係るGMRセンサ10においては、第1出力端子Out1及び第2出力端子Out2からの出力電圧を差動増幅した後、それらの信号の絶対値を求めることから、GMR素子R1〜R4の素子部分の配置ピッチに対応して変化する出力信号が得られるので、例えば、GMRセンサ10を搭載する装置の制御部において、高分解能の検出精度で磁石Mの位置を検出することが可能となる。
As described above, in the
特に、実施の形態1に係るGMRセンサ10においては、複数個に分割したGMR素子R1〜R4でブリッジ回路20を構成し、その中点電圧を得る第1出力端子Out1及び第2出力端子Out2からの出力電圧の差動量を検出し、その差動量を絶対値に変換するようにしたことから、外部からのノイズをキャンセルさせると共に、信号強度を向上することができるので、外部からのノイズの影響や電気信号の不足に起因する不具合を防止して適切に高分解能の検出精度を実現することが可能となる。
In particular, in the
(実施の形態2)
実施の形態2に係るGMRセンサ60は、上述した構成を有するブリッジ回路20を2つ備えるものである。なお、実施の形態2に係るGMRセンサ60がブリッジ回路20を2つ備えるのは、磁石Mの移動方向を検出可能とするためである。以下、実施の形態2に係るGMRセンサ60の構成について説明する。(Embodiment 2)
The
実施の形態2に係るGMRセンサ60は、A相、B相の2相のGMR素子(以下、「A相用GMR素子」、「B相用GMR素子」という)を有し、これらのGMR素子がそれぞれブリッジ回路20A、20Bを構成している。以下においては、A相用GMR素子を実施の形態1に係るGMRセンサ10におけるGMR素子R1〜R4で示し、B相用GMR素子をGMR素子R1〜R4と同様に分割及び配置されるGMR素子R1´〜R4´で示すものとする。図5は、実施の形態2に係るGMRセンサ60が有するA相用GMR素子R1〜R4及びB相用GMR素子R1´〜R4´の位置関係を説明するための図である。
The
図5に示すように、A相用GMR素子R1〜R4においては、GMR素子R1とGMR素子R3との接続点にA相用第1出力端子OutA1が接続され、GMR素子R2とGMR素子R4との接続点にA相用第2出力端子OutA2が接続されている。また、B相用GMR素子R1´〜R4´は、A相用GMR素子R1〜R4と同様の配列でGMR素子R1〜R4の素子部分が配置されている。そして、GMR素子R1´とGMR素子R3´との接続点にB相用第1出力端子OutB1が接続され、GMR素子R2´とGMR素子R4´との接続点にB相用第2出力端子OutB2が接続されている。なお、電源電圧Vddは、それぞれのブリッジ回路20A、20Bに接続されている。
As shown in FIG. 5, in the A-phase GMR elements R1 to R4, the A-phase first output terminal OutA1 is connected to the connection point between the GMR element R1 and the GMR element R3, and the GMR element R2 and the GMR element R4 The A-phase second output terminal OutA2 is connected to the connection point. The B-phase GMR elements R1 ′ to R4 ′ are arranged in the same arrangement as the A-phase GMR elements R1 to R4, and the element portions of the GMR elements R1 to R4 are arranged. The B-phase first output terminal OutB1 is connected to the connection point between the GMR element R1 ′ and the GMR element R3 ′, and the B-phase second output terminal OutB2 is connected to the connection point between the GMR element R2 ′ and the GMR element R4 ′. Is connected. The power supply voltage Vdd is connected to the
図6は、実施の形態2に係るGMRセンサ60の構成を説明するための図である。図6に示すように、ブリッジ回路20Aには、差動増幅器30A、絶対値変換器40A及び比較器50Aが接続され、ブリッジ回路20Bには、差動増幅器30B、絶対値変換器40B及び比較器50Bが接続されている。なお、これらの差動増幅器30A、30B、絶対値変換器40A、40B及び比較器50A、50Bの構成は、それぞれ実施の形態1における差動増幅器30、絶対値変換器40及び比較器50と同様であるため、その説明を省略する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the configuration of the
A相用第1出力端子OutA1及びA相用第2出力端子OutA2からの出力電圧は差動増幅器30Aに入力され、B相用第1出力端子OutB1及びB相用第2出力端子OutB2からの出力電圧は差動増幅器30Bに入力される。差動増幅器30A、30Bに入力された出力電圧は、実施の形態1と同様に、出力電圧の差が求められて増幅された後、絶対値変換器40A、40Bで絶対値が計算され、比較器50A、50Bで比較処理が行われる。これにより、GMR素子R1〜R4の素子部分の配置ピッチに対応して変化する出力信号と、GMR素子R1´〜R4´の素子部分の配置ピッチに対応して変化する出力信号とが得られる。
Output voltages from the A-phase first output terminal OutA1 and the A-phase second output terminal OutA2 are input to the
特に、実施の形態2に係るGMRセンサ60においては、図5に示すように、A相用GMR素子の素子部分とB相用GMR素子の素子部分とを磁石Mの移動方向に、各GMR素子R1〜R4の素子部分の配置ピッチ(例えば、素子部分R1−1と素子部分R1−2とのピッチ)の1/4だけずらして配置している。このように、A相用GMR素子の素子部分とB相用GMR素子の素子部分とをずらして配置することにより、比較器50Bからの出力波形は、比較器50Aからの出力波形に対して位相が90度ずれることとなる。実施の形態2に係るGMRセンサ60を搭載する装置の制御部は、この出力波形における位相のずれを判定することで、磁石Mの移動方向を検出することが可能となる。
In particular, in the
このように実施の形態2に係るGMRセンサ60においては、複数個に分割したGMR素子R1〜R4で構成され、その中点電圧を出力するブリッジ回路20A、20Bを2つ備え、これらのブリッジ回路20A、20Bを磁石Mの移動方向と直交する方向に2つ並べて配置すると共に、それぞれのGMR素子R1〜R4及びR1´〜R4´の素子部分が磁石Mの移動方向に当該素子部分の配置ピッチの1/4ずれるように配置している。これにより、ブリッジ回路20A、20Bからの出力波形に位相のずれを発生させることができるので、例えば、GMRセンサ60を搭載する装置の制御部において、当該位相のずれから磁石Mの移動方向を検出することが可能となる。
As described above, the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、実施の形態2においては、ブリッジ回路20A、20Bがそれぞれ有するGMR素子R1〜R4及びR1´〜R4´の素子部分が磁石Mの移動方向に当該素子部分の配置ピッチの1/4ずれるように配置する場合について説明しているが、素子部分をずらす量については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。すなわち、ブリッジ回路20A、20Bからの出力波形に位相のずれを発生させることができれば、いかなる量だけ素子部分をずらしても構わない。例えば、素子部分の配置ピッチの3/4ずれるようにしても良い。このように変更した場合においても、実施の形態2と同様の効果を得ることが可能である。
For example, in the second embodiment, the element portions of the GMR elements R1 to R4 and R1 ′ to R4 ′ included in the
Claims (3)
前記ブリッジ回路は、第1のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と、第3のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と交互に一列に配置して第1GMRユニットとする一方、第2のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と、第4のGMR素子群を構成する前記分割後の素子部分と交互に一列に配置して第2GMRユニットとし、第1GMRユニットの前記分割後の素子部分と、第2GMRユニットの前記分割後の素子部分とが前記磁石の移動方向と直交する方向に並ぶように第1GMRユニット及び第2GMRユニットを並べて配置したことを特徴とするGMRセンサ。Each of the first to fourth GMR element groups is constituted by an element portion after division in a plurality of divided GMR elements, and connection between one end of the first GMR element group and one end of the second GMR element group A voltage application terminal is connected to the point, a first output terminal is connected to a connection point between the other end of the first GMR element group and one end of the third GMR element group, and the other end of the second GMR element group A second output terminal is connected to a connection point with one end of the fourth GMR element group, and a ground terminal is connected to a connection point between the other end of the third GMR element group and the other end of the fourth GMR element group. Differential amount detection for detecting a differential amount between the output signal of the first output terminal and the output signal of the second output terminal that is generated when the magnet disposed opposite to the bridge circuit moves. Means, and an absolute value converting means for converting the differential quantity into an absolute value. There is,
The bridge circuit is alternately arranged in a line with the divided element portions constituting the first GMR element group and the divided element portions constituting the third GMR element group to form a first GMR unit. On the other hand, the divided element portions constituting the second GMR element group and the divided element portions constituting the fourth GMR element group are alternately arranged in a line to form a second GMR unit, and the first GMR unit The first GMR unit and the second GMR unit are arranged side by side so that the divided element portion and the divided element portion of the second GMR unit are aligned in a direction perpendicular to the moving direction of the magnet. GMR sensor.
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