JP5636866B2 - 磁気検出装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、図8に示すように4個のGMR素子1a、1b、2a、2bをブリッジ接続し、中点の電位差に基づいて磁気の有無を検出するブリッジ回路が開示されている。但し、GMR素子1a及び2aのピン層の磁化の向きは第1方向であり、GMR素子1b及び2bのピン層の磁化の向きは第1方向と異なる第2方向に設定してある。
また、特許文献2には、チャタリングを防止する観点から、ブリッジ回路からの出力信号をシュミットトリガ回路に供給する磁気検出装置が開示されている。
また、磁気検出装置が低電圧で動作する場合、シュミットトリガ回路で調整する閾値電圧が微小電圧となり、高い精度が要求されるといった問題があった。
くわえて、ブリッジ回路の後段に設けられた回路などオフセット電圧が存在し、これをキャンセルするために構成が複雑となるといった問題があった。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る磁気検出装置100Aの構成を示すブロック図である。この図に示すように、磁気検出装置100Aは、ブリッジ回路3A、コンパレータ10、判定回路20、メモリ30、及び選択信号生成回路40Aを備える。
ブリッジ回路3Aは、高電源電位Vddが供給される第1電源端子T1a、低電源電位Vssが供給される第2電源端子T1b、第1出力電圧V1と取り出す第1出力端子T2a、及び第2出力電圧V2を取り出す第2出力端子T2bを備える。
第1乃至第4磁気センサ素子1A、1B、2B、及び2AをGMR素子などの磁気抵抗効果素子で構成した場合、磁気抵抗効果素子は、シリコン基板上の厚膜層に形成することができる。さらに、GMR素子を採用した場合には、フリー層、スペーサ層、ピン層、及びギャップ層からなる帯状の複数の素子をリード線で直列につなぐことで一つの磁気センサ素子を形成することができる。
このような磁気抵抗効果素子を、素子の長手方向が基板の向かい合う辺に平行になるように4つ配置し、規則化熱処理を施すことによりピン層の磁化の向きを、基板表面に平行で磁気抵抗効果素子の長手方向と直角の向きに固定することができる。図2ではピン層の磁化の向きは黒色の矢印で示されている。
判定回路20は、磁気の有無を示す検出信号DETを出力するとともに、第1選択部X1と第2選択部X2におけるノードを定められた順序で選択するように選択信号生成回路40Aに対して制御信号CTLを供給する。検出信号DETは「1」で磁気有りを示し、「0」で磁気無しを示す。また、判定回路20は、生成した検出信号DETをメモリ30に記憶し、次回の判定において、前回の検出信号DETを用いる。
判定回路20は、図4に示す真理値表に従った論理演算を実行して、今回の検出信号DETを生成する。
次に、第2実施形態に係る磁気検出装置100Bについて説明する。図5は、第2実施形態に係る磁気検出装置100Bの構成を示すブロック図である。磁気検出装置100Bは、ブリッジ回路3Aの替わりにブリッジ回路3Bを用いる点及び選択信号生成回路40Aの替わりに選択信号生成回路40Bを用いる点を除いて、図1に示す第1実施形態に記載の磁気検出装置100Aと同様に構成されている。なお、図1と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
具体的には、第1実施形態と同様に、第1乃至第4閾値に相当する外部磁界が印加され場合に、第1出力電圧V1と第2出力電圧V2とが等しくなるように、選択部Xにおけるノードの選択を切り替える。
さらに、第1実施形態の磁気検出装置100Aと比較すると、ラダー抵抗と選択部の数を減らすことができるので、より一層、構成を簡素化することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる変形が可能である。
(1)上述した実施形態では、外部磁界の磁界強度がヒステリシス特性の変化点で区切られるどの範囲に属するかを特定するために、第1乃至第4閾値に対応するノードを順次選択するように選択部を制御した。すなわち、4回のノード切換を実行していた。しかしながら、図4に示す真理値表において、今回の検出信号DETの論理値を決定しているのは、太枠で囲まれた部分であり、その他の部分は、今回の検出信号DETに影響を与えていない。この点に着目して図4の真理値表を書き直すと、図6に示す真理値表が得られる。図6において「−」を記載した欄は、「0」「1」のいずれであってもよいことを意味する。
この変形例によれば、外部磁界の磁界強度Hxがどの範囲に属するかが確定すると、選択部におけるノードの切り換えを中止するので、処理速度を向上させることができ、しかも消費電力を低減することができる。
また、上述した第2実施形態において、ラダー抵抗Rを第1電源端子T1a側に設けてもよい。
この変形例によれば、コンパレータ10のオフセット電圧をキャンセルすることができるので、より正確に磁気の有無を検出することが可能となる。
Claims (5)
- 外部磁界の磁界強度に対して複数の閾値で変化するヒステリシス特性を付与して磁気の有無を示す検出信号を出力する磁気検出装置であって、
ブリッジ回路と、コンパレータと、判定部とを備え、
前記ブリッジ回路は、
第1電源電位が供給される第1電源端子と、
第2電源電位が供給される第2電源端子と、
前記第1電源端子から前記第2電源端子へ至る第1経路と、
前記第1電源端子から前記第2電源端子へ至る第2経路と、
前記第1経路に設けられ第1出力電圧を出力する第1出力端子と、
前記第2経路に設けられ第2出力電圧を出力する第2出力端子と、
前記第1経路において前記第1電源端子から前記第1出力端子までの間に設けられた第1磁気センサ素子と、
前記第1経路において前記第1出力端子から前記第2電源端子までの間に設けられた第2磁気センサ素子と、
前記第2経路において前記第1電源端子から前記第2出力端子までの間に設けられた第3磁気センサ素子と、
前記第2経路において前記第2出力端子から前記第2電源端子までの間に設けられた第4磁気センサ素子と、
複数のノードを有し、前記第1経路及び前記第2経路の少なくとも一方に設けられ、前記複数のノードのいずれかが選択されることによって、前記第1出力電圧と前記第2出力電圧との間にオフセット電圧を与えるラダー抵抗と、
前記複数のノードのうち一つを選択する選択部とを有し、
前記コンパレータは、前記第1出力電圧と前記第2出力電圧とを比較して比較結果を示す第1信号を出力し、
前記判定部は、前記選択部を制御して前記複数の閾値ごとに前記複数のノードを切り替えるとともに、前記複数のノードの切り替えごとに前記第1信号を取得し、前記複数の閾値に対応する第1信号と前回の検出信号とに基づいて今回の検出信号を生成する、
ことを特徴とする磁気検出装置。 - 前記ラダー抵抗は、前記第1経路に設けられた第1ラダー抵抗と、前記第2経路に設けられた第2ラダー抵抗とを備え、
前記選択部は、前記第1ラダー抵抗に対応して設けられた第1選択部と、前記第2ラダー抵抗に対応して設けられた第2選択部とを含み、
前記第1磁気センサ素子の一方の端子と前記第3磁気センサ素子の一方の端子とは前記第1電源端子に接続され、
前記第2磁気センサ素子の一方の端子と前記第4磁気センサ素子の一方の端子とは前記第2電源端子に接続され、
前記第1ラダー抵抗の一方の端子は前記第1磁気センサ素子の他方の端子と接続され、前記第1ラダー抵抗の他方の端子は前記第2磁気センサ素子の他方の端子と接続され、
前記第2ラダー抵抗の一方の端子は前記第3磁気センサ素子の他方の端子と接続され、前記第2ラダー抵抗の他方の端子は前記第4磁気センサ素子の他方の端子と接続され、
前記第1選択部は、前記第1のラダー抵抗の複数のノードのうち一つを選択して前記第1出力端子に接続し、
前記第2選択部は、前記第2のラダー抵抗の複数のノードのうち一つを選択して前記第2出力端子に接続する、
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気検出装置。 - 前記第1磁気センサ素子は、一方の端子が前記第1電源端子と接続され、他方の端子が前記第1出力端子と接続され、
前記第2磁気センサ素子は、一方の端子が前記ラダー抵抗の一方の端子と接続され、他方の端子が前記第1出力端子と接続され、
前記第3磁気センサ素子は、一方の端子が前記第1電源端子と接続され、他方の端子が前記第2出力端子と接続され、
前記第4磁気センサ素子は、一方の端子が前記ラダー抵抗の他方の端子と接続され、他方の端子が前記第2出力端子と接続され、
前記選択部は、前記ラダー抵抗の複数のノードのうち一つを選択して前記第2電源端子に接続する、
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気検出装置。 - 前記第1磁気センサ素子及び前記第4磁気センサ素子は、外部磁界の磁界強度が大きくなると抵抗値が大きくなり、前記第2磁気センサ素子及び前記第3磁気センサ素子は前記外部磁界の磁界強度が大きくなると抵抗値が小さくなることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の磁気検出装置。
- 前記判定部は、前記コンパレータのオフセット電圧をキャンセルするとともに前記閾値に対応するように前記複数のノードを切り替えることを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の磁気検出装置。
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