JPH02189484A

JPH02189484A - 磁気センサ

Info

Publication number: JPH02189484A
Application number: JP1009051A
Authority: JP
Inventors: Hideto Konno; 秀人今野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-01-18
Filing date: 1989-01-18
Publication date: 1990-07-25
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0778528B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は、物体の回転検出や位置検出をする検出装置等
に組み込まれて磁界を検出する磁気センサに関する。

〔従来の技術〕

磁界を検出する素子として、例えば特公昭５４−４１３
３５号公報に開示されている電磁変換素子、すなわち磁
気抵抗素子がある。この磁気抵抗素子は、連続的に折り
返し構造を持つ強磁性体を、接合部で直列に接続して形
成されている。そして、この磁気抵抗素子を飽和させる
に十分な、しかもこの素子面内で回転する磁界のような
磁気信号が例えば磁気記録媒体から発生し、磁気抵抗素
子がこの磁気記録媒体から有限の距離を隔てて配置され
ると、磁気抵抗素子は、この磁気信号により、接続部か
ら信号を出力する。

〔発明が解決しようとする課題］上述した従来の磁気抵抗素子は、外部にこの素子を飽和
させるに十分な磁界を必要とし、しかもこの素子面内で
回転することが必要条件となっている。これらの条件が
満されると、前述した特公昭５４−４１３３５号公報に
開示されているように、２つの式％式％が成り立つ。この２つの式は、磁気抵抗素子の接合部で
直列接続されている２つの強磁性体Ａ、　Ｂを飽和磁化
させるに十分な強さの磁界Ｈを角度θで加えた場合、強
磁性体Ａ、Ｂの各電気抵抗Ｐ、、Ｐ８の変化を示してい
る。ただし、Ｐよは強磁性体Ａ、Ｂを電流と垂直方向に
飽和磁化したときの電気抵抗を示し、Ｐ／／は同じく電
流と平行に飽和磁化したときの電気抵抗を示している。

これらの式で示されるように、前述した磁界が加えられ
ると、２つの強磁性体の抵抗値の和が常に一定値となる
ように抵抗変化し、かつ出力波形としてほぼ正弦波を得
ることができる。このような出力波形の一例が第６図（
ａ）に示されている。

第６図（ａ）に示されるように、この出力波形は、飽和
磁界の回転に伴って１周期πｒａｄにてほぼ正弦波の形
状となっている。なお、第６図（ａ）において、波形１
０１は、外部磁界がＯｒａｄ〜２πｒａｄのように回転
した場合の出力電圧であり、波形１０２は、３π／４ｒ
ａｄまで外部磁界を回転させた後、５π／４ｒａｄまで
この外部磁界を逆回転させた時の出力電圧の変化を示す
。

しかし、これら従来の磁気抵抗素子は、飽和磁界がない
場合、あるいは磁界が回転せず、一方向の成分のみが往
復運動するような場合、すなわち磁界が０ｒａｄ〜π／
２ｒａｄ〜πｒａｄ〜２πｒａｄと回、転せず同一方向
のみの成分、たとえばＯｒａｄ方向の成分がオン、オフ
を繰り返す場合、使用できないという欠点を有している
。

また仮に、従来の磁気抵抗素子を用いて、同一方向の成
分のみが往復運動するような磁界を検出する場合、磁気
抵抗素子から出力される信号のレベル検出等をする波形
処理回路（コンパレータ）を必要とする。このコンパレ
ータは、例えばヒステリシス特性のようなスレッショル
ドレベルを持っており、このスレッショルドレベルは、
通常第６図（ａ）に示されているように設定されている
。

すなわち、スレッショルドレベル１０３がプラス側に設
定されており、スレッショルドレベル１０４がマイナス
側に設定されている。ところが、従来の磁気抵抗素子を
用いて、同一方向の成分のみが往復運動するような磁界
を検出するためには、第６図（ｂ）に示されるように、
スレッショルドレベル１０３と１０４とを両者ともプラ
ス側に設定する必要がある。このことは、非現実的であ
り、実用的には外部にオフセラ）１Ｍ整用抵抗Ｒｒｅｆ
等を持つ初期オフセット調整用回路を付加し、調整する
ことが必要となる。

本発明の目的は、このような欠点を除去するために、強
磁性の磁気抵抗素子と波形整形処理回路とが同一チップ
内に集積化され、同一方向に往復運動するような磁界を
検出できる磁気センサを提供することにある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、磁界を与えると抵抗値の変化する磁気抵抗素
子を用いた磁気センサであって、少なくとも１つの抵抗
値が異なる４つの磁気抵抗素子を４つの接続点でブリッ
ジ状に接続し、対向する接続点に電源を付加すると、他
の対向する接続点からオフセット電圧を出力する磁気抵
抗素子部と、前記磁気抵抗素子部からのオフセット電圧に基づくレベ
ルより高く設定されている検出レベルを持つ波形処理部
とを有し、磁界が与えられると前記磁気抵抗素子部が電圧を出力し
、前記波形処理部がこの電圧に基づくレベルを求めて、
このレベルが前記検出レベルを越えると信号を出力する
ことを特徴としている。

〔実施例〕次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す回路図であり、第２
図は、本実施例のモールド成形後の斜視図である。この
磁気センサは、磁気抵抗素子部１０と、波形処理部２０
とで構成されている。

さらに、磁気抵抗素子部１０は、磁気抵抗体１１〜１４
で構成され、波形処理部２０は、コンパレータ２１と抵
抗２２．２３とで構成されている。

このような構成の磁気センサにおいて、磁気抵抗素子部
１０の磁気抵抗体１１〜１４は、磁気により抵抗値が変
化する磁気抵抗効果を持っている。このような磁気抵抗
体１１〜１４から成る磁気抵抗素子部１０の一例が、第
３図の平面図に示されている。

第３図に示されるように、この磁気抵抗素子部１０は、
Ｎｉ−ＦｅやＮｉ−Ｃｏなどの強磁性金属を平滑な基板
に蒸着して強磁性体薄膜を設け、さらに所定の形状にバ
ターニングすることによって形成される。これにより、
４つの磁気抵抗体１１〜１４が生成される。これら４つ
の磁気抵抗体１１〜１４の、斜線で示される部分には、
Ａｕ膜などの導体膜が形成される。この結果、磁気抵抗
体１２において、強磁性金属の蒸着により、抵抗体部分
１２Ａがそれぞれ平行に配列された状態となっている。

さらに、導体膜の形成により生成された幅ｅの導体部分
１２Ｂにより、各抵抗体部分１２Ａが直列に接続された
状態となっている。

磁気抵抗体１３において、抵抗体部分１３Ａがそれぞれ
平行に配列され、かつ抵抗体部分１３Ａの長手方向が磁
気抵抗体１２の抵抗体部分１２Ａの長手方向とほぼ直角
となるように配列されている。さらに、導体部分１３Ｂ
により、各抵抗体部分１３Ａが直列に接続された状態と
なっている。

このような磁気抵抗体１２の端部１２Ｄが、磁気抵抗体
１３の端部１３Ｃと接続され、磁気抵抗体１２と１３と
は、直列に接続された状態となっている。同時に、磁気
抵抗体１２．１３の端部１２Ｄ、１３Ｃが出力端子１８
に接続されている。磁気抵抗体１２の端部１２Ｃが、電
源端子１５に接続されており、磁気抵抗体１３の端部１
３ＤがＧＮＤ端子１６に接続されている。

磁気抵抗体１４において、抵抗体部分１４Ａがそれぞれ
平行に配列され、かつ抵抗体部分１４Ａの長手方向が磁
気抵抗体１３の抵抗体部分１３Ａの長手方向とほぼ直角
となるように配列されている。さらに、導体部分１４Ｂ
により、各抵抗体部分１４Ａが直列に接続された状態と
なっている。

磁気抵抗体１１において、抵抗体部分１１Ａがそれぞれ
平行に配列され、かつ抵抗体部分１１Ａの長手方向が磁
気抵抗体１４の抵抗体部分１４Ａの長手方向とほぼ直角
となるように配列されている。さらに、導体部分１１Ｂ
は、他の磁気抵抗体１２〜１４の導体部分の幅ｅより、
間隔ｄだけ長く設定されている。

この導体部分１１Ｂにより、各抵抗体部分１１Ａが直列
に接続された状態となっている。

このような磁気抵抗体１１の端部１１Ｄが、磁気抵抗体
１４の端部１４Ｃと接続され、磁気抵抗体１１と１４と
は、直列に接続された状態となっている。同時に磁気抵
抗体１１．１４の端部１１Ｄ、１４Ｃが出力端子１７に
接続されている。磁気抵抗体１１の端部１１Ｃが、電源
端子１５に接続されており、磁気抵抗体１４の端部１４
ＤがＧＮＤｒ６子１６に接続されている。

このように接続された４つの磁気抵抗体１１〜１４は、
ブリッジ構成となっている。これら４つの磁気抵抗体１
１〜１４を備える磁気抵抗素子部１０の電源端子１５が
、第１図に示されるように電源端子３１に接続され、Ｇ
ＮＤ端子１６がＧＮＤ端子３３に接続されている。磁気
抵抗素子部１０の出力端子１７がコンパレータ２１のマ
イナス（−）端子に接続され、出力端子１８がコンパレ
ータ２１のプラス（＋）端子に接続されている。

波形処理部２０のコンパレータ２１は、マイナス（−）
端子とプラス（＋）端子とに入力される信号の波形整形
処理をするものである。すなわち、コンパレータ２１は
、マイナス（−）端子、とプラス（＋）端子とに入力さ
れる電圧の電圧差を求める処理をする。そして、コンパ
レータ２１には、２つのスレッショルドレベルが設けら
れており、電位差のレベルが第１のスレッショルドレベ
ルを越えると、コンパレータ２１は出力端子３２にハイ
レベルの信号を出力する。また、電位差のレベルが第２
のスレッショルドレベルを切ると、コンパレータ２１は
出力端子３２にローレベルの信号を出力する。

なお、コンパレータ２１のマイナス（−）端子と出力端
子３２との間には、フィードバック用の抵抗２２が取り
付けられており、コンパレータ２１とＧＮＤ端子３３と
の間には、セット抵抗２３が取り付けられている。

次に、本実施例の動作について説明する。

本実施例である磁気センサの電源端子３１とＧＮＤ端子
３３との間に電源を接続する。そして、第５図（ｂ）に
示されるように、Ｎ極を外側にして、互いにπｒａｄの
位置に磁石４２を配置した、十分直径の大きな円板４１
の近傍に、この磁気センサを配置する。

磁石４２からの磁界が磁気センサに加えられていない状
態、すなわち初期状態において、磁気センサの磁気抵抗
素子部１０は第３図に示されるような構造となっており
、磁気抵抗体１１の導体部１１Ｂは、他の磁気抵抗体１
２〜１４の導体部より長く設定されている。従って、磁
気抵抗体１１の抵抗値は、他の磁気抵抗体１２〜１４の
抵抗値より低くなっている。

このような磁気抵抗素子部１０の電源端子１５とＧＮＤ
端子１６との間に電源が加えられると、磁気抵抗素子部
１０の出力端子１７の電圧は、出力端子１８の電圧より
高くなる。すなわち、磁気抵抗素子部１０の調整により
初期オフセット電圧が設定されている。

これらの電圧が波形処理部２０のコンパレータ２１に加
えられ、コンパレータ２１のマイナス（−）端子の電圧
が、プラス（＋）端子の電圧より高くなる。

一方コンパレータ２１には、第５図（ａ）に示されるよ
うに、プラス側に第１のスレッショルドレベル２０３が
設定され、マイナス側に第２のスレッショルドレベル２
０４が設定されている。コンパレータ２１のマイナス（
＝）端子の電圧が、プラス（＋）端子の電圧より高いの
で、コンパレータ２１の処理により求められる電圧差の
レベルは、マイナス側となり第２のスレッショルドレベ
ルより低くなる。従って、コンパレータ２１は、出力端
子３２にローレベルの信号を出力する。

次に、第５図（ｂ）に示される、十分直径の大きな円板
４１を矢印の方向４３に回転させることにより、磁気セ
ンサ側へ同一方向４４の磁界が周期的に与えられる。こ
のような状態において、円板４１中に配置された２つの
磁石４２が磁気センサを通過する場合のみ、磁気抵抗素
子部ｌＯの抵抗値が変化して、コンパレータ２１のプラ
ス（＋）端子の電圧が、マイナス（−）端子の電圧より
高くなる。このような電圧がコンパレータ２１により処
理されて、第５図（ａ）に示される波形２０２が求めら
れる。波形２０２は、円板４１の磁石４２が磁気センサ
を通過する場合、すなわちＯｒａｄとπｒａｄの場合、
第１のスレッショルドレベル２０３を越え、それ以外の
場合は、第２のスレッショルドレベル２０４を切る。

従って、コンパレータ２１は、波形２０４が第１のスレ
ッショルドレベル２０３を越えたとき、すなわち、磁気
センサに磁界が与えられたとき、ハイレベルの信号を出
力端子３２に出力する。

なお、本実施例では、第３図に示される磁気抵抗素子部
を用いて、第５図（ｂ）に示される方向４４の磁界の検
出をした。ここで、方向４４と直角な方向の磁界を検出
する場合、第４図に示される磁気抵抗素子部が使用され
る。第４図に示される磁気抵抗素子部の磁気抵抗体５Ｌ
　５２．５３．５４は、第３図に示される磁気抵抗素子
部の磁気抵抗体１１゜１２、１３．１４をそれぞれπ／
２ｒａｄ回転した形状となっている。そして、磁気抵抗
体５１において、斜線で示される導体部は、他の磁気抵
抗体５２〜５４の導体部に比べて、間隔ｄだけ長く設定
されている。

また、端子５５が電源端子、端子５６がＧＮＤ端子、端
子５７．５８が出力端子となっている。

このようにして、本実施例は、磁気抵抗素子部１０の磁
気抵抗体１１の調整により初期オフセット電圧を設定し
ている。ところが、磁気抵抗体１１の抵抗値の調整を行
わなかった場合、コンパレータ２１における波形は第５
図（ａ）の波形２０１で表される。この時、２つのスレ
ッショルドレベル２０３２０４のうちレベル２０４を切
る状態が発生せず、スイッチング動作は不可能である。

このため本実施例は、磁気センサ中の磁気抵抗素子部１
０のオフセット電圧を調整し、コンパレータと接続する
ことにより一定方向の磁界がある場合のみ、ハイレベル
（オン）となるようなスイッチング動作を可能としてい
る。

さらに、本実施例によれば、磁気抵抗素子部分とコンパ
レータ回路部分が同一チップ内に形成され、また磁気抵
抗素子部はコンパレータより後に形成されるため、コン
パレータのオフセット等に応じて磁気抵抗素子部のオフ
セットを調整することができるようになった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば同一方向に往復運
動するような磁界を検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す等価回路図、第２図
は、第１図に示される実施例のモールド成型後の斜視図
、第３図は、第１図に示される実施例の磁気抵抗素子部の
形状を示す平面図、第４図は、第３図に示される磁気抵抗素子部の素子の向
きを９０度回転した場合の、磁気抵抗素子部の形状を示
す平面図、第５図は、第１図に示される実施例の磁気抵抗素子部の
出力波形を示す図、第６図は、従来の電磁変換素子の出力波形を示す図であ
る。１０・・・・・出来抵抗素子部１１〜１４・２０・　・　・２１・　・　・２２、　２３・３１・　・　・３２・　・　・３３・　・　・

Claims

【特許請求の範囲】

（１）磁界を与えると抵抗値の変化する磁気抵抗素子を
用いた磁気センサであって、少なくとも１つの抵抗値が異なる４つの磁気抵抗素子を
４つの接続点でブリッジ状に接続し、対向する接続点に
電源を付加すると、他の対向する接続点からオフセット
電圧を出力する磁気抵抗素子部と、前記磁気抵抗素子部からのオフセット電圧に基づくレベ
ルより高く設定されている検出レベルを持つ波形処理部
とを有し、磁界が与えられると前記磁気抵抗素子部が電圧を出力し
、前記波形処理部がこの電圧に基づくレベルを求めて、
このレベルが前記検出レベルを越えると信号を出力する
ことを特徴とする磁気センサ。