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Hintergrund
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Riesenmagnetowiderstandssensoren (GMR-Sensoren; GMR = giant magneto resistive) wurden erstmals in den 1980er Jahren hergestellt. Dieselben zeichnen sich durch die hohe Empfindlichkeit des elektrischen Widerstandswerts derselben für die Ausrichtung eines externen Magnetfelds aus. Der GMR-Effekt findet in einem begrenzten Bereich entlang einer Achse des Magnetfeldes statt. Dieser Bereich wird als der anisotrope Bereich bezeichnet. In dem anisotropen Bereich weist der Sensor eine hohe Empfindlichkeit (Widerstandswertänderung gegenüber Magnetfeldänderung) auf. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise einem Inkrementalgeschwindigkeitssensor mit einem Sperrspannungsmagneten zum Messen der Geschwindigkeit eines Magnetzahnrades, kann eine geringe Fehlplatzierung oder Neigung des Sperrspannungsmagneten mit Bezug auf ein GMR-Element des Sensors den Arbeitspunkt des GMR-Elements in eine Sättigung treiben. Der Sperrspannungsmagnet erzeugt einen Versatz bei dem Arbeitspunkt des Sensors von einem optimalen Punkt nahe der Mitte des anisotropen Bereichs zu der Sättigungsregion. Folglich wird kein Signal oder ein Signal reduzierter Qualität erzeugt, wodurch die Sensorleistungsfähigkeit gesenkt wird. Für gradiometrische Sensoren, die auf einem Differenzprinzip wirksam sind, wird das Versatzproblem schlimmer, wenn die Sensoren an zwei unterschiedlichen Positionen positioniert sind.
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Das Problem, dass ein GMR-Element in eine Sättigung getrieben wird, kann durch eine Erhöhung des anisotropen Bereichs vermieden werden. Der anisotrope Bereich, in dem der Sensor empfindlich ist, kann mit Technologievariationen oder geometrischen Variationen des Sensors erweitert werden, aber dann müssen unterschiedliche Sensoren für unterschiedliche Anwendungen entwickelt werden. Ferner ist die Erweiterung des Empfindlichkeitsbereichs durch geometrische Variationen (z. B. Senken der GMR-Strukturbreite) aufgrund von Einschränkungen von Ätzprozessen des Stands der Technik für die GMR-Schicht begrenzt.
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Ein bekannter Ansatz verwendet eine Rille oder einen Hohlraum in den Magneten oder eine geformte Metallplatte, um magnetoresistive Sensoren bei einem optimalen Arbeitspunkt zu halten. Nachteile dieses Ansatzes bestehen in den höheren Kosten für die zusätzliche Rillenbildung des Magneten oder die zusätzliche spezielle geformte Metallplatte.
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Eine weitere Lösung zum Reduzieren des Versatzes, der durch den Sperrspannungsmagneten bewirkt wird, besteht darin, die Stärke des Magneten zu reduzieren. Dieser Ansatz reduziert jedoch proportional das Magnetsignal, das durch das vorbeilaufende Magnetzahnrad erzeugt wird.
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Die
DE 10258844 A1 bezieht sich auf ein Magnetfeldsensorelement und dessen Verwendung. Das Magnetfeldsensorelement umfasst eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, ein magnetisch sensitives Bauelement und eine von dem magnetisch sensitiven Bauelement beabstandet angeordnete Magnetfeldveränderungseinrichtung. Dabei weist das magnetisch sensitive Bauelement innerhalb einer Sensierebene einen ersten und einen zweiten Sensierbereich auf, und die Magnetfelderzeugungseinrichtung erzeugt ein Magnetfeld mit einer zur Sensierebene senkrecht gerichteten Magnetfeldkomponente, der der erste Sensierbereich und der zweite Sensierbereich ausgesetzt ist. Weiter wird bei einer Bewegung der Magnetfeldveränderungseinrichtung relativ zu dem magnetisch sensitiven Bauelement das Magnetfeld B derart verändert, dass der erste Sensierbereich einer innerhalb der Sensierebene liegenden ersten Magnetfeldkomponente und der zweite Sensierbereich einer innerhalb der Sensierebene liegenden zweiten Magnetfeldkomponente ausgesetzt ist, die sich hinsichtlich Ihres Betrages und/oder Ihrer Richtung unterscheiden. Dabei ist nun schließlich vorgesehen, dass die Magnetfelderzeugungsrichtung auch bei einem Ruhen der Magnetfeldveränderungseinrichtung relativ zu dem magnetisch sensitiven Bauelement oder in Abwesenheit der Magnetfeldveränderungseinrichtung eine innerhalb der Sensierebene liegende Magnetfeldkomponente erzeugt, der sowohl der erste als auch der zweite Sensierbereich ausgesetzt ist.
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Die
US 5 021 736 A bezieht sich auf einen Weg-/Geschwindigkeitsgeber unter Ausnutzung des Magnetowiderstandseffekts. Das gemäß einer ersten Wandlerausführung verwendete Wandlerelement enthält einen Permanentmagneten und das Magnetowiderstandselement. Das Magnetowiderstandselement ist auf dem Magneten unter einem spitzen Winkel bezüglich der ihm am nächsten gelegenen Magnetoberfläche so angeordnet, daß die von dem Magneten ausgehenden Feldlinien im wesentlichen zu der Oberfläche normal sind, von der sie ausgehen und gegenüber der Normalen durch die Achse des Magnetowiderstandselements einen Winkel aufweisen, und zu einer Nutzfeldkomponente des Magnetowiderstandselements führen. Ferner ist ein System zur Verbesserung der Empfindlichkeit des Sensors gezeigt. Bei dieser Ausführungsform führt das Problem einer Variation aufgrund von Ungleichförmigkeiten der Magneten zu einer gewissen Feldstreuung an den Magnetpolseiten. Dieses Problem wird ein Minimum indem die Seite des Magneten von einem hochpermeablen Polstück, z. B. Stahl, bedeckt wird. Ein Magnetowiderstandselement ist über dem Polstück angeordnet. Das Polstück dient dazu, eine Streuung der Magnetfeldrichtung aufgrund von Magnet-Ungleichförmigkeiten auf ein Minimum zurückzuführen. Bei der Ausführung, bei der kein Stahl verwendet wird, bewirken die Änderungen der Richtung und der Amplitude des Feldes von dem Magneten eine Verringerung des Magnetowiderstands-Ausgangssignals. Änderungen des Vorbelastungsfeldes und Änderungen des gemessenen Feldes werden über den Bereich des Magnetowiderstandselements so gemittelt, daß eine gewisse Auslöschung auftritt, die den Ausgangspegel herabsetzt. Das Stahl- oder anderweitig hochpermeable Polstück bewirkt durch seine hohe Permeabilität, daß alle Feldlinien das Stahlteil annähernd in Normalrichtung bezüglich der Oberfläche bei geringer Richtungsstreuung verlassen.
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Die
US 6 639 399 B2 bezieht sich auf eine Targetwheel-Sensoranordung zum Bestimmen einer Position und Drehrichtung eines sich drehenden Targetwheels. Eine Targetwheel-Sensoranordnung umfasst ein Targetwheel, einen Magneten und ein dazwischen angeordnetes Sensorelement. Der Magnet und das Sensorelement sind derart konfiguriert, dass bei der Drehung des Targetwheels das Sensorelement ein asymmetrisches Signal ausgibt. Dieses asymmetrische Signal wird verwendet, um die Position eines sich drehenden Targetwheels und die Drehrichtung des Targetwheels zu bestimmen. Insbesondere wird vorgegeben, eine in der Ebene des Sensorelements verlaufende Magnetfeldkomponente in der x-Richtung zu verändern, um ein asymmetrisches Ausgangssignal zu erhalten.
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Das dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Problem wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Gegenstände gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Zusammenfassung
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Ein Ausführungsbeispiel sieht ein Verfahren zum Vorspannen eines magnetoresistiven Sensorelements vor. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen zumindest eines magnetoresistiven Sensorelements, das eine magnetische Empfindlichkeit entlang einer ersten Achse aufweist, die parallel zu einer Ebene des zumindest einen Sensorelements ist. Ein Magnet ist benachbart zu dem zumindest einen Sensorelement zum Vorspannen des zumindest einen Sensorelements positioniert, wobei der Magnet eine Magnetisierung aufweist, die nicht senkrecht zu der Ebene des zumindest einen Sensorelements ist, und wobei die Magnetisierung eine Komponente umfasst, die parallel zu der Ebene des zumindest einen Sensorelements ist und die einen empfindlichen Bereich des zumindest einen Sensorelements entlang der ersten Achse erhöht.
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Kure Beschreibung der Zeichnungen
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Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne Weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht mit Bezug aufeinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
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1 ist ein Graph eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für einen GMR-Sensor.
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2 ist ein weiterer Graph eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für einen GMR-Sensor.
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3 ist ein Diagramm, das einen magnetoresistiven Sensor mit einer nichtsenkrechten Vorspannungsmagnetisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
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4 ist ein Graph eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für den in 3 gezeigten magnetoresistiven Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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5 ist ein Graph des Empfindlichkeitsbereichs des in 3 gezeigten magnetoresistiven Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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6 ist ein Diagramm, das eine magnetoresistive Sensorbrücke gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen durch eine Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorder”, „hinter” etc., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es soll klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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1 ist ein Graph 100 eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für einen GMR-Sensor auf der Basis des sogenannten Spin-Ventil-Konzepts (SV-Konzept). Eine Spin-Ventil-GMR-Sensorstruktur besteht im Grunde aus einer Referenzschicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung und einer Sensorschicht, die die Magnetisierung gemäß einem externen Magnetfeld in der Ebene drehen kann. Der hauptsächliche GMR-Effekt findet dann zwischen der Sensor- und der Referenzschicht statt. Für den Fall, in dem die Referenzmagnetisierungsrichtung entlang der x-Achse zeigt (d. h. parallel zu der Achse des externen Magnetfelds) und die Anisotropieachse entlang der y-Achse verläuft, zeigt 1 ein typisches sogenanntes Nebenschleifenverhalten mit einer kennzeichnenden linearen Übergangsregion von einem niederohmigen Zustand zu einem hochohmigen Zustand.
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Die horizontale Achse in dem Graphen 100 stellt den Betrag eines Magnetfelds (Bx) dar, das an den Sensor in einer x-Achse parallel zu der Ebene des Sensors angelegt ist, und die vertikale Achse stellt den Widerstandswert des Sensors dar. Bei relativ geringen Magnetfeldern in der x-Achse ist der Sensor in dem anisotropen Bereich 106 wirksam und der Widerstandswert des Sensors verändert sich mit dem angelegten Magnetfeld. In dem anisotropen Bereich 106 weist der Sensor eine hohe Empfindlichkeit auf (d. h. Widerstandswertänderung gegenüber Magnetfeldänderung). Bei größeren Magnetfeldern in der x-Achse ist der Sensor in einer Sättigungsregion 104 oder 108 wirksam und der Widerstandswert des Sensors verändert sich nicht mehr mit dem angelegten Magnetfeld (oder verändert sich sehr wenig). In der Sättigungsregion 104 bleibt der Widerstandswert des Sensors im Wesentlichen konstant bei einem minimalen Widerstandswert (Rmin) 102. In der Sättigungsregion 108 bleibt der Widerstandswert des Sensors im Wesentlichen konstant bei einem maximalen Widerstandswert (Rmax) 110, solange der Magnetfeldbereich innerhalb der Nebenschleifenmagnetfeldregion bleibt (was typischerweise von einem Stapelentwurf abhängig ist, aber typischerweise weniger als 100 mT (Milli-Tesla) beträgt).
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2 ist ein weiterer Graph 200 eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für einen GMR-Sensor. Die horizontale Achse stellt erneut den Betrag des Magnetfelds (Bx) dar, das an den Sensor in einer x-Achse parallel zu der Ebene des Sensors angelegt ist, und die vertikale Achse stellt den Widerstandswert des Sensors dar. Zwei Arbeitspunkte 206 und 208 des Sensors sind in 2 gezeigt. Der Arbeitspunkt 206 stellt einen optimalen Arbeitspunkt dar und der Arbeitspunkt 208 stellt einen Arbeitspunkt dar, der außerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Sensors liegt. Wie es oben in dem Hintergrundabschnitt erwähnt ist, kann eine geringe Fehlplatzierung oder Neigung eines Sperrspannungsmagneten mit Bezug auf den GMR-Sensor den Arbeitspunkt des GMR-Elements in eine Sättigung treiben. Der Arbeitspunkt 208 stellt einen derartigen Punkt dar, der von dem optimalen Punkt 206 und in die Sättigungsregion hinein versetzt wurde.
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Wie es in 2 gezeigt ist, wird für den optimalen Arbeitspunkt 206, wenn ein Magnetfeldsignal 210 an den Sensor angelegt ist, ein entsprechendes Widerstandsänderungssignal 204 in dem Sensor erzeugt. Wenn ein Magnetfeldsignal 212 an den Sensor angelegt ist, ist jedoch für den Arbeitspunkt 208 das sich ergebende Widerstandsänderungssignal 202 flach. Da der Arbeitspunkt 208 sich in der Sättigungsregion des Sensors befindet, verändert das angelegte Signal 212 den Widerstandswert des Sensors nicht und das sich ergebende Signal 202 bleibt konstant bei dem maximalen Widerstandswert (Rmax).
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3 ist ein Diagramm, das einen magnetoresistiven Sensor 300 mit einer nichtsenkrechten Vorspannungsmagnetisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Der magnetoresistive Sensor 300 umfasst einen Sperrspannungsmagneten 302 und ein Sensorelement 304. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 304 als ein Differenzsensor konfiguriert und umfasst zwei magnetfeldempfindliche Elemente (z. B. magnetoresistive Elemente) 306A und 306B. Bei anderen Ausführungsbeispielen umfasst der Sensor 300 ein einziges magnetfeldempfindliches Element oder mehr als zwei derartige Elemente. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Sensorelement 304 ferner eine integrierte Auswertungsschaltung (nicht gezeigt) zum Verarbeiten von Signalen, die durch die Elemente 306A und 306B erzeugt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 304 ein GMR-Sensor und die Elemente 306A und 306B sind GMR-Elemente. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Elemente 306A und 306B andere Arten von magnetfeldempfindlichen Elementen, wie beispielsweise Hall-Sensorelemente oder xMR-Elemente (z. B. AMR – anisotroper Magnetowiderstand (anisotropic magneto resistance); TMR – Tunnelmagnetowiderstand (tunnel magneto resistance); CMR – Kolossalmagnetowiderstand (colossal magneto resistance)). Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 304 ein Spin-Ventil-GMR-Sensor und umfasst eine Referenzschicht mit einer festen Magnetisierungsrichtung und eine Sensorschicht, die die Magnetisierung derselben gemäß einem externen Magnetfeld in der Ebene drehen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor 300 konfiguriert, um die Geschwindigkeit oder Position von Zähnen eines Magnetgetrieberades (oder Magnetzahnrades) zu messen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Sensor 300 als ein gradiometrischer Sensor zum Messen von Magnetfeldgradienten konfiguriert.
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Ein Satz von orthogonalen x-y-z-Achsen ist in 3 gezeigt. Die x-Achse und die y-Achse sind parallel zu der Ebene des Sensorelements 304. Die z-Achse ist senkrecht zu der Ebene des Sensorelements 304. GMR-Sensoren, wie beispielsweise ein Ausführungsbeispiel des Sensorelements 304, sind für lediglich eine Komponente des Magnetfelds empfindlich (hier als die x-Komponente definiert). Bei herkömmlichen Anwendungen weist der Sperrspannungsmagnet ein Magnetfeld auf, das senkrecht zu der Sensorebene ist (d. h. ein Magnetfeld mit einer z-Komponente, aber keiner x- oder y-Komponente). Das Feld, das durch den Sperrspannungsmagneten erzeugt wird, wird moduliert (z. B. durch ein vorbeilaufendes Magnetzahnrad), um das x-Feld-Signal zu erzeugen. Aufgrund der Eigenschaften des GMR-Elements wird das x-Feld-Signal in eine Widerstandsänderung umgewandelt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Magnetfeld des Sperrspannungsmagneten 302 anstelle von bloß einer z-Komponente auch eine y-Komponente. Die y-Komponente des Felds des Sperrspannungsmagneten 302 ist in 3 durch einen Vektor, By, dargestellt und die z-Komponente ist durch einen Vektor, Bz, dargestellt. Diese zwei Komponenten führen zu einem Magnetfeld B, das nicht senkrecht zu der unteren Oberfläche des Magneten 302 ist und das nicht senkrecht zu der Sensorebene (d. h. der x-y-Ebene) ist. Die y-Komponente des Felds, das durch den Sperrspannungsmagneten 302 erzeugt wird, erstreckt sich proportional über den empfindlichen Bereich des Sensorelements 304 entlang der x-Achse. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Sperrspannungsmagnet 302 ein kubischer Magnet mit einer Magnetisierung, die nicht vollständig senkrecht zu der Sensorebene ist, sondern auch eine y-Feldkomponente aufweist, die sich über den empfindlichen Bereich des Sensorelements 304 entlang der x-Achse erstreckt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Sperrspannungsmagnet 302 ein zylindrisch geformter Magnet mit einer nichtsenkrechten Magnetisierungsrichtung (d. h. eine Magnetisierung mit einer z-Komponente und einer y-Komponente).
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4 ist ein Graph 400 eines Widerstandswerts über einem Magnetfeld für das in 3 gezeigte magnetoresistive Sensorelement 304 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die horizontale Achse stellt den Betrag des Magnetfelds (Bx) dar, das an das Sensorelement 304 in der x-Achse parallel zu einer Ebene des Sensorelements 304 angelegt ist, und die vertikale Achse stellt den Widerstandswert der magnetoresistiven Elemente 306A und 306B dar. In 4 sind zwei Kurven 410 und 412 gezeigt. Die Kurve 412 (mit versteckten Linien gezeigt) stellt den Widerstandswert über dem Magnetfeld (Bx) der magnetoresistiven Sensorelemente 306A und 306B dar, wenn ein Sperrspannungsmagnet ein Magnetfeld anlegt, das senkrecht zu der Sensorebene ist (d. h. ein Magnetfeld, das lediglich eine Bz-Komponente umfasst). Die Kurve 410 stellt den Widerstandswert über dem Magnetfeld (Bx) der magnetoresistiven Sensorelemente 306A und 306B unter Verwendung des Sperrspannungsmagneten 302 dar, der ein Magnetfeld anlegt, das nicht senkrecht zu der Sensorebene ist (d. h. das Magnetfeld umfasst eine Bz-Komponente und eine By-Komponente). Durch das Verwenden des Sperrspannungsmagneten 302 mit einem derartigen nichtsenkrechten Feld wird der lineare Bereich des Sensors 304 um einen Betrag 416 (Bx_ext) erhöht.
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In 4 sind zwei Arbeitspunkte 414 und 418 des Sensorelements 304 gezeigt. Der Arbeitspunkt 414 stellt einen optimalen Arbeitspunkt dar und der Arbeitspunkt 418 stellt einen Arbeitspunkt dar, der außerhalb des Empfindlichkeitsbereichs des Sensors 304 liegt, wenn ein senkrechtes Vorspannungsmagnetfeld an das Sensorelement 304 angelegt ist. Wie es in 4 gezeigt ist, wird für den optimalen Arbeitspunkt 414, wenn ein Magnetfeldsignal 422 an das Sensorelement 304 angelegt ist, ein entsprechendes Widerstandsänderungssignal 404 oder 406 durch das Sensorelement 304 erzeugt. Das Signal 404 (mit versteckten Linien gezeigt) stellt die Widerstandswertänderung dar, wenn ein senkrechtes Vorspannungsmagnetfeld an das Sensorelement 304 angelegt ist (d. h. Kurve 412), und das Signal 406 stellt die Widerstandsänderung für den Sensor 304 dar, wenn ein nichtsenkrechtes Vorspannungsmagnetfeld an das Sensorelement 304 angelegt ist (d. h. Kurve 410). Das nichtsenkrechte Vorspannungsmagnetfeld bewirkt, dass die Kurve 410 etwas flacher als die Kurve 412 ist, was dazu führt, dass das Signal 406 etwas kleiner als das Signal 404 ist.
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Wenn ein Magnetfeldsignal 424 an das Sensorelement 304 mit einem nichtsenkrechten Vorspannungsmagnetfeld angelegt ist (d. h. Kurve 410), wird für den Arbeitspunkt 418 ein entsprechendes Widerstandsänderungssignal 402 durch das Sensorelement 304 erzeugt. Wenn das Magnetfeldsignal 424 an das Sensorelement 304 mit einem senkrechten Vorspannungsmagnetfeld angelegt ist (d. h. Kurve 412), ist das sich ergebende Widerstandsänderungssignal flach. Da sich der Arbeitspunkt 418 in der Sättigungsregion des Sensorelements 304 befindet (wenn ein senkrechtes Vorspannungsmagnetfeld an das Sensorelement 304 angelegt ist), ändert das angelegte Signal 424 den Widerstandswert des Sensorelements 304 nicht, und das sich ergebende Signal bleibt konstant bei dem maximalen Widerstandswert (Rmax). Wie es in 4 gezeigt ist, führt somit das nichtsenkrechte Vorspannungsmagnetfeld zu einer Erweiterung des empfindlichen Bereichs des Sensorelements 304 entlang der x-Achse, derart, dass das Sensorelement 304 immer noch ein Widerstandsänderungssignal an Arbeitspunkten erzeugt, an denen mit einem senkrechten Vorspannungsmagnetfeld kein derartiges Signal erzeugt würde.
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5 ist ein Graph des Empfindlichkeitsbereichs des in 3 gezeigten magnetoresistiven Sensorelements 304 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die horizontale Achse in dem Graphen stellt den Betrag der y-Komponente (By) des Vorspannungsmagnetfelds, das an das Sensorelement 304 durch den Magneten 302 angelegt ist, in mT-Einheiten (Milli-Tesla-Einheiten) dar, und die vertikale Achse stellt den Empfindlichkeitsbereich des Sensors 304 in der x-Richtung in mT-Einheiten dar. Der empfindliche Bereich des Sensorelements 304 ist gemäß der Feldstärke der y-Komponente des Felds erweitert, das durch den Magneten 302 erzeugt wird. Wie es in 5 gezeigt ist, erhöht sich der Empfindlichkeitsbereich des Sensorelements 304 beinahe linear mit einem sich erhöhenden Betrag der y-Komponente (By) des Vorspannungsmagnetfelds, das durch den Magneten 302 angelegt wird. Selbst falls die Erweiterung der linearen Übergangsregion zu einer Verringerung bei einer Sensorempfindlichkeit führt (z. B. das Signal 406 in 4 ist kleiner als das Signal 404), besteht ein Vorteil der Erweiterung darin, dass es wahrscheinlicher ist, dass das Sensorelement 304 immer bei einem empfindlichen Arbeitspunkt wirksam ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Magnet 302 eine y-Komponente (By) von mehr als 10 mT auf. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Magnet 302 eine y-Komponente (By) von mehr als 20 mT auf. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Magnet 302 eine y-Komponente (By) von mehr als 40 mT auf.
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6 ist ein Diagramm, das eine magnetoresistive Sensorbrücke 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement 304 (3) als eine Sensorbrücke 600 konfiguriert. Wie es in 6 gezeigt ist, umfasst die Sensorbrücke 600 vier GMR-Elemente 602A–602D. Es ist eine Spannung an einen Eingangsanschluss 604 angelegt und der Ausgang der Brücke 600 wird an Ausgangsanschlüssen 606 und 608 gemessen (Vsig+ und Vsig–). Ansprechend auf ein externes Magnetfeld verändern sich eines oder mehrere der GMR-Elemente 602A–602D in einem elektrischen Widerstandswert, wobei ein Spannungssignal an den Brückenausgangsanschlüssen 606 und 608 bewirkt wird.
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Bei magnetoresistiven Sperrspannungssensoranwendungen liegt bereits ein Magnet vor. Durch ein Verwenden des bereits vorhandenen Sperrspannungsmagneten selbst, um den empfindlichen Bereich des Sensors zu erweitern, liefern Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine einfachere und kostengünstigere Lösung als die vorhergehenden Vorschläge, die ein Bilden von Rillen oder Hohlräumen in dem Sperrspannungsmagneten und ein Verwenden einer speziellen geformten Metallplatte betreffen. Durch das Verwenden des Sperrspannungsmagneten selbst, um den empfindlichen Bereich über ein nichtsenkrechtes Magnetfeld zu erweitern, kann die Empfindlichkeit für irgendeine Anwendung wie erwünscht angepasst werden. Aufgrund des erweiterten Bereichs des Sensors ist eine Fehlausrichtung oder Fehlplatzierung zwischen Sensor und Magnet nicht mehr kritisch, was dazu führt, dass Sensoren gegenüber einer derartigen Fehlausrichtung toleranter sind.
