JPS631548B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は信号磁界の強弱を磁気抵抗効果を利用
して検出する磁気センサーに関するものである。

従来、この種の磁気センサーでは、信号磁界に
対する感度を高め、線型性を改善するために、磁
気抵抗効果素子に直流バイアス磁界を印加してい
る。信号磁界に対する磁気抵抗効果素子の抵抗変
化量は、せいぜい数パーセントであるので、この
ままでは、信号成分は大きな直流電圧の上に重畳
された形で発生する。従つて、この磁気センサー
で、交流磁界だけでなく直流磁界をも検出するた
めに、通常は前記磁気抵抗効果素子のほかに補償
用の抵抗もしくは第２の磁気抵抗効果素子を設
け、この両者の差動出力を広帯域の直流増幅器で
増幅したものを信号出力として取り出していた。

この様な磁気センサーにおいては、磁気抵抗効
果素子と補償用抵抗、もしくは磁気抵抗素子間の
抵抗値のバラツキによつて生じる直流オフセツト
電圧及び直流増幅器の直流オフセツト電圧のため
に、信号出力だけを有効に取り出すことは大変困
難であつた。

本発明の目的は、上記欠点を解決した、高性能
な磁気センサーを提供することにある。

本発明の特徴は、信号磁界の強弱を磁気抵抗効
果を利用して検出する磁気センサーにおいて、所
定の間隔を保つて互いに平行に並置された２つの
磁気抵抗効果素子と、従来の直流バイアス磁界の
代りに前記２つの磁気抵抗効果素子に互いに逆位
相の微小振幅交流バイアス磁界印加手段を設けて
信号磁界の強弱を、前記交流バイアス磁界を搬送
波として振幅変調された形で交流的に差動検出し
それを復調する新たな方法により、従来の直流的
な信号磁界検出方式で最大の問題となつていた、
直流オフセツト電圧に起因する欠点を克服でき、
その結果高性能な磁気センサーを実現できること
にある。

すなわち、本発明の構成は、ほぼ同位相・同一
振幅の信号磁界が作用する間隔を保つて互いに平
行に並置された２つの磁気抵抗効果素子と、これ
らの磁気抵抗効果素子を駆動する回路と、前記２
つの磁気抵抗効果素子に互いに逆位相の微小振幅
交流バイアス磁界を印加する手段と、前記２つの
磁気抵抗効果素子の差動出力を増幅する差動増幅
器と、この差動増幅器出力波形を整流して積分す
る振幅復調回路とから成る。

磁気抵抗効果素子へ交流バイアス磁界を印加し
て再生する方式は、IEEE Transaction on
Audio，Vol Au−13，No.２，March 1965，P41
〜43に示されている。これは、信号磁界に比べて
大きな振幅を有する交流バイアス磁界を印加して
信号磁界を検知し、このバイアス磁界の向きが逆
の時の出力振幅エンベロープの差を信号として再
生するもので、これと全く同一原理に基づく例と
して、特開昭53−57810号、又この方式を発展さ
せた例として米国特許第3979775号等が報告され
ている。しかし、この方式では原理上、交流バイ
アス磁界の強度を信号磁界に比べて大きくする必
要があるので、交流バイアス磁界印加手段の構成
が複雑になつたり信号磁界発生源への干渉を生じ
易い等の欠点を有する。

本発明によれば、以上のような欠点をも容易に
改善できる。

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したものであ
り、これによれば、２つの磁気抵抗効果素子１，
２がそれぞれ絶縁層３，４を介して導電体層５，
６を有し、かつ互いに平行となるように基板７上
に形成されている。導電体層５，６は、互いに逆
位相の交流電流が流れるように交流発振器８に結
線されており、前記磁気抵抗効果素子１，２へ互
いに逆位相の交流バイアス磁界を印加する手段を
形成している。又、磁気抵抗効果素子１，２は、
定電流回路９で駆動されており、それらの出力端
子１０，１１は再生回路１２に結線されている。
この再生回路１２は、前記２つの磁気抵抗効果素
子の交流出力を差動増幅する、差動増幅器１３
と、この差動増幅器出力波形の直流分オフセツト
をカツトするコンデンサ４１と、コンデンサ４１
からの出力波形を整流するダイオード等から成る
整流回路１４と、その整流された出力を積分する
積分回路１５とから成る振幅復調回路１６とから
成る。

この実施例の動作を第２図、第３図を用いて説
明する。

第２図は、本発明の信号磁界検知の原理を示す
図、第３図は、本発明の再生過程を説明する図で
ある。強磁性磁気抵抗効果素子のストライプ幅方
向印加磁界Ｈとその磁気抵抗効果素子の抵抗変化
量ΔRとの関係は周知の如く、２１に示すように
印加磁界Ｈの大きさが飽和磁界H₀を越えない範
囲（｜Ｈ｜＜H₀）では、近似的に ΔR∝H² と表わされる。

従つて、 ｜∂・ΔR／∂H｜∝｜Ｈ｜ が成り立つ。

これは磁気抵抗効果素子に、ある信号磁界Ｈを
中心にして微小振幅の交流磁界を印加した時の、
ΔRの変化量が信号磁界Ｈの大きさに比例するこ
とを示す。すなわち、磁気抵抗効果素子１に微小
振幅の交流バイアス磁界２２を加えながら、信号
磁界Hsを検出すると、この信号磁界Hsの大きさ
に、ほぼ比例した大きさの交流的なΔRの変化２
４を生じる。

さらに、同じ信号磁界Hsが印加される様に配
置されたもう１つの磁気抵抗効果素子２に２２と
逆位相で同一振幅の微小振幅交流バイアス磁界２
３を加えながら再生すると、この磁気抵抗効果素
子２からは、２４と逆位相で同一振幅のΔRの変
化２５を生じる。これらのΔRの交流的変化を、
磁気抵抗効果素子１，２に流す電流を介して電圧
の変化に直し、さらに、これらの差動出力を取る
ことにより、信号磁界Hsの大きさに比例し、同
相ノイズが除去され交流振幅が倍になつた良好な
る交流出力が得られる。

例えば第３図ａに示すような信号磁界２６が前
記磁気抵抗効果素子１，２のストライプ幅方向
（ｘ方向）に加わつた場合、差動増幅器出力１７
として第３図ｂに示す様に、交流バイアス磁界を
搬送波として信号磁界２６で振幅変調された波形
に類似の出力２７を生じる。これを整流回路１４
と積分回路１５とから成る振幅復調回路１６を通
すことにより第３図ｃに示す整流出力２８を経
て、第３図ｄに示す復調出力２９を得る。この復
調出力２９の振幅は先述の原理に従い、信号磁界
２６の振幅に比例した大きさを有する。

次に第１図に示す磁気センサーの他の応用例に
ついて説明する。

第４図は前記磁気センサーを一定間隔Ｌのビツ
ト長を有する磁化３１の形で記録されている磁気
信号の検出に応用した例を示す。２つの磁気抵抗
効果素子１，２はその間隔W1が2nL（ｎは正の整
数）の大きさになるよう平行に形成されており、
これが磁気記憶媒体３０から生じる信号磁界３２
の水平成分を検知できるように前記磁気記憶媒体
３０に対し距離Ｄを隔てて並置されている。

この動作を第５図を用いて説明する。ａに示す
磁気記憶媒体３０のｘ方向の移動に伴い、前記磁
気抵抗効果素子１及び２には両者の間隔W1のた
めにほぼ同一振幅、同位相のｂに示すような水平
方向信号磁界３３が印加される。同様にして、差
動増幅器出力１７としてｃに示すように、交流バ
イアス磁界を搬送波として信号磁界３３で振幅変
調された波形に類した出力３４を得る。これを振
幅復調回路１５に通すことによりｄに示すよう
に、信号磁界３３の振幅に比例した大きさの振幅
を有する復調出力３５を得る。

第６図は本発明の他の実施例を示したもので、
第１図の実施例と比べると、２つの磁気抵抗効果
素子３７と３８が絶縁層３９及び４０を介して共
通の導電体層３６を挾むように形成されている点
が異なる。

この場合、導電体層３６は、交流発振器８に結
線されて、前記磁気抵抗効果素子３７及び３８へ
互いに逆位相の交流バイアス磁界を印加する手段
を形成することにより、Ｚ方向の信号磁界Hsを
第１図に示した実施例と同一の再生過程を経て検
出できる。

又、第４図の場合と同様にして、このタイプの
磁気センサーも第７図に示すように一定の間隔Ｌ
のビツト長をする磁化３１の形で記録されてい
る。磁気信号の検出に応用できる。この場合、２
つの磁気抵抗効果素子３７，３８はその間隔W2
が2nL（ｎは正の整数）の大きさになるように形
成されており、これが磁気記憶媒体３０から生じ
る信号磁界３２の垂直成分を検知できるように、
前記磁気記憶媒体３０に対し、垂直に配置され
る。磁気記憶媒体３０のｘ方向の移動に伴い、前
記磁気抵抗効果素子３７及び３８にはほぼ同一振
幅、同位相の垂直方向信号磁界が印加され、第５
図に示したのと同様の動作により、前記信号磁界
の垂直成分の振幅に比例した大きさの振幅を有す
る復調出力を得る。

磁気抵抗効果素子１，２，３７，３８としては
パーマロイやコバルト等を主成分とする金属強磁
性合金をシリコン単結晶、ガラス、セラミツク等
の表面の滑らかな基板７上に、厚さ数百オングス
トローム、ストライプ巾数〜数十ミクロン、長さ
数十ミクロン〜数ミリメートルの形状になるよ
う、両端の電気端子と共に薄膜作製技術で作製さ
れたものが用いられる。導電体層５，６，３６と
しては厚さ数千オングストローム〜数十ミクロン
の金、銅アルミニウム等の薄膜、又絶縁体層３，
４，３９，４０としては厚さ数千オングストロー
ム〜数ミクロンのSiO，SiO₂，Al₂O₃等の薄膜が
適する。

本発明は、以上説明したように、信号磁界の強
弱を磁気抵抗効果を利用して検出する磁気センサ
ーにおいて、所定間隔を保つて互いに平行に並置
された２つの磁気抵抗効果素子と、従来の直流バ
イアス磁界のかわりに前記２つの磁気抵抗効果素
子に互いに逆位相の微小振幅交流バイアス磁界を
印加する手段及び振幅復調回路を設けて、信号磁
界を交流的に差動検出し復調することにより、従
来の直流的な信号磁界検出方式で最大の問題とな
つていた、直流オフセツト電圧に起因する種々の
欠点を克服できる効果がある。又、本発明の再生
方式は、従来の交流バイアス磁界印加方式と比べ
て交流バイアス磁界強度が微小であるので、信号
発生源の特性に悪影響を与えないこと、及び交流
バイアス磁界印加手段の構成が容易であること、
更には差動検出しているので、再生感度が高い等
の利点も兼ね備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略斜視図、
第２図は本発明の再生原理を示す図、第３図は本
発明の検出過程を示す図で、ａは信号磁界を示す
図、ｂは振幅変調された出力を示す図、ｃは整流
された出力を示す図、ｄは復調出力を示す図であ
る。第４図は本発明の応用例を示す概略斜視図、
第５図は第４図に示す応用例の動作を示す図で、
ａは磁気記憶媒体を示す図、ｂは信号磁界を示す
図、ｃは振幅変調された出力を示す図、ｄは復調
出力を示す図である。第６図は本発明の第２の実
施例を示す概略斜視図、第７図は第６図に示す実
施例の応用例を示す概略斜視図である。 図において、１，２，３７，３８……磁気抵抗
効果素子、３，４，３９，４０……絶縁体層、
５，６，３６……導電体層、７……基板、８……
発振器、９……定電流源回路、１０，１１……磁
気抵抗効果素子の出力端子、１２……再生回路、
１３……差動増幅器、１４……整流器、１５……
積分回路、１６……振幅復調回路、１７……差動
増幅器出力端子、１８……整流器出力端子、１９
……復調回路出力端子、２０，３２……信号磁
界、２１……強磁性磁気抵抗効果素子の静特性曲
線、２２，２３……微小振幅交流バイアス磁界、
２４，２５……交流的なΔRの変化、２６，３３
……ストライプ巾方向信号磁界、２７，３４……
差動増幅器出力波形、２８……整流回路出力波
形、２９，３５……振幅復調回路出力波形、３０
……磁気記憶媒体、３１……磁化、４１……コン
デンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定の間隔を保つて互いに平行に配置された
   ２つの磁気抵抗効果素子と、これら２つの磁気抵
   抗効果素子に一定電流を供給する駆動回路と、そ
   れぞれの磁気抵抗効果素子に絶縁層を介して積層
   配置される導電層と、この２つの導電層に、互い
   に逆位相の交流電流を流し前記２つの磁気抵抗効
   果素子に互いに逆位相の微小振幅交流バイアス磁
   界を印加する交流発振器と、前記２つの磁気抵抗
   効果素子と接続し、これらの差動出力を増幅する
   差動増幅器と、この差動増幅器出力波形を整流し
   て積分する振幅復調回路とから成ることを特徴と
   する磁気センサー。