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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Erfassungsvorrichtung, die ein Magnetowiderstandselement verwendet, und einen Rotationswinkel eines zu erfassenden Objekts durch eine Änderung im Magnetfeld erfasst.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Es gibt ein System, wonach eine Wheatstone-Brückenschaltung ausgebildet wird, indem Elektroden an beiden Enden von jedem Magnetowiderstandselement ausgebildet werden, das als ein magneto-elektrischer Transducer dient, wobei eine Konstant-Spannungs-Stromversorgung zwischen zwei sich gegenüberliegenden Elektroden der Brückenschaltung verbunden ist, eine Änderung im Widerstandswert des Magnetowiderstandselements in eine Änderung einer Spannung gewandelt wird, um eine Änderung im Magnetfeld zu erfassen, das an dem Magnetowiderstandselement einwirkt (Patentdokument 1).
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10 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer Wheatstone-Brückenschaltung.
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In der Zeichnung weist jedes der Magnetowiderstandselemente 101, 102, 103 und 104, die die Brückenschaltung ausbilden, wie in 11 gezeigt, einen laminierten bzw. beschichteten Körper auf, der ausgebildet ist aus: einer festen Magnetisierungsschicht 111, dessen Magnetisierungsrichtung bezüglich einem externen Magnetfeld fest ist, einer magnetisierungsfreien Schicht 113, dessen Magnetisierungsrichtung ansprechend auf das externe Magnetfeld geändert wird; und eine nichtmagnetische Zwischenschicht 112, die zwischen der festen Magnetisierungsschicht 111 und der magnetisierungsfreien Schicht 113 eingeschoben ist. Die Magnetisierung der magnetisierungsfreien Schicht 113 rotiert frei in der Filmoberfläche des geschichteten Körpers, ansprechend auf das externe Magnetfeld. In diesem Fall erfolgt die Beschreibung anhand des Beispiels eines Tunnel-Magnetowiderstandselements (im Folgenden als „TMR-Element” bezeichnet), wobei die nichtmagnetische Zwischenschicht 112 ein Isolierungskörper ist.
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Es ist bekannt, dass die elektrischen Eigenschaften der TMR-Elemente in der Form eines elektrischen Leitwerts (engl. Conductance) G dargestellt werden (Nichtpatentdokument 1). Wenn ein Relativwinkel mit der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfreien Schicht 113 bezüglich der Magnetisierungsrichtung der festen Magnetisierungsschicht 111 gleich θ ist, wird der Leitwert G wie folgt dargestellt; und in diesem Fall stimmt die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfreien Schicht 113 mit der Richtung des externen Magnetfelds, d.h., einem Rotationswinkel θ des Magnetfelds überein. G = G0 + G1cosθ Gleichung 1
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Wenn dies durch einen Widerstandswert ausgedrückt wird, wird dies zum Reziproken der Gleichung 1. R = 1/(G0 + G1cosθ) Gleichung 2
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Im Übrigen wird in 10 die Magnetisierungsrichtung der festen Magnetisierungsschicht 111 für jedes der TMR-Elemente 101, 102, 103 und 104 durch die Pfeilrichtung 105, 106, 107 bzw. 108 gezeigt. Ein Pfeil 109 eines zentralen Mittelpunkts der Wheatstone-Brückenschaltung zeigt ferner die Richtung des externen Magnetfelds.
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Im Folgenden liegt das Hauptaugenmerk auf dem TMR-Element 101 und dem TMR-Element 102. 12 zeit, wie der Leitwert G des TMR-Elements 101 und des TMR-Elements 102 sich ändert, wenn die Richtung des Magnetfelds 109 um 360° rotiert. Wenn die Richtung des Magnetfelds gleich zur Richtung einer Magnetisierung der festen Magnetisierungsschicht ist (θ = 0°), ist der Leitwert G am größten, wie in 1 gezeigt. Wenn ferner die Richtung des Magnetfelds entgegengesetzt zur Richtung der Magnetisierung der festen Magnetisierungsschicht ist (θ = 180°), ist der Leitwert G am kleinsten; und Werte des Leitwerts G werden um 180° voneinander invertiert, da die Richtung der Magnetisierung der festen Magnetisierungsschicht des TMR-Elements 102 sich um 180° von der des TMR-Elements 101 unterscheidet.
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Andererseits wird in1, wobei es sich um das elektrische Neutralpunktpotenzial des TMR-Elements 101 und des TMR-Elements 102 handelt, unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet; und das Neutralpunktpotenzial in1 ergibt sich aus der folgenden Gleichung 3. in1 = (G0 + G1cosθ)/2G0 Gleichung 3
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Wie in dieser Gleichung 3 gezeigt, erscheint cosθ im Zähler; und der Nenner ist eine Konstante; und daher wird dies eine so genannte Kosinuswellenform einer trigonometrischen Funktion.
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Wenn in diesem Fall das TMR-Element 102 ein fester Widerstandswert R0 ist, unabhängig von der Magnetfeldrichtung, wird das Neutralpunktpotenzial in1 unter Verwendung der Gleichung 2 wie folgt. In1 = R0(G0 + G1cosθ)/[R0(G0 + Gcosθ) + 1] Gleichung 4
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Wie in dieser Gleichung 4 dargestellt, erscheint cosθ sowohl im Zähler als auch im Nenner; und es wird daher eine Wellenform, die sich von der so genannten Kosinuswellenform oder Sinuswellenform der trigonometrischen Funktion unterscheidet. Wenn, unter der Annahme, des der Winkel der Magnetfeldrichtung unter Voraussetzung der Ausgabe einer idealen Kosinus- oder Sinuswellenform berechnet wird, weicht die Wellenform der Gleichung 4 von der idealen Kosinus- oder Sinuswellenform ab, und daher ist ein derartiger Weg unerwünscht.
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Es wird daher vorgeschlagen, die Brückenschaltung der Magnetowiderstandselemente wie in 10 gezeigt zu konfigurieren.
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Im Folgenden wird das Beispiel eines Falles erläutert, bei dem ein Magnetisierungsrotor 121, wie in den 13A und 13B gezeigt, verwendet wird, um ein Magnetfeld von Außerhalb an dem TMR-Element anzuwenden.
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In diesem Fall wird der axiale Mittelpunkt des Magnetisierungsrotors 121 einfach durch 122 gezeigt; und eine Magnetfeldrichtung in der Nähe der Oberfläche des Magnetisierungsrotors 121 wird einfach durch 123 gezeigt. Die TMR-Elemente 101 und 102 sind in der Nähe zu dem Magnetisierungsrotor 121 angeordnet; und die Richtung der festen Magnetisierungsschicht des TMR-Elements 102 wird durch einen Pfeil 124 gezeigt. Die Magnetfeldrichtung 123 in der Nähe der Oberfläche des Magnetisierungsrotors 121 ist nahezu gleich zu der Magnetfeldrichtung in der Nähe der TMR-Elemente 101 und 102.
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Wenn der magnetisierte Magnetisierungsrotor 121 unter einer derartigen Konfiguration rotiert, ändert sich die Richtung des Magnetfelds, das an den TMR-Elementen 101 und 102 anzulegen ist. Die TMR-Elemente 101 und 102 bilden die Brückenschaltung aus, wie in 10 gezeigt; und wenn der Magnetisierungsrotor 121 rotiert, rotiert die Magnetfeldrichtung um 360°x = 2 = 720°. Eine Rotationswinkelinformation des Magnetisierungsrotors 121 kann daher aus der Ausgabe des Neutralpunktpotenzials in1 der Brückenschaltung des TMR-Elements 101 und des TMR-Elements 102 erhalten werden. Zu diesem Zeitpunkt müssen z.B. das TMR-Element 101 und das TMR-Element 102 an Positionen angeordnet sein, die in der Nähe zueinander sind. Wie in 13A gezeigt, ist jedoch die Anordnung des TMR-Elements 101 und des TMR-Elements 102 an genau dem gleichen Punkt schwierig. Tatsächlich werden diese Elemente mit einem bestimmten Abstandsmaß angeordnet, und daher tritt eine Winkelfehlausrichtung auf. Diese Winkelfehlausrichtung kann ein Faktor sein, der die Genauigkeit beim Erfassen der Rotation verschlechtert.
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Wenn ferner, wie in
13B gezeigt, die TMR-Elemente
101 und
102 an Positionen angeordnet sind, die voneinander separiert sind, kann der Einfluss der Winkelfehlausrichtung reduziert werden. Die Anordnungspositionen hängen jedoch von der Größe des Magnetisierungsrotors
121 ab, und die Anordnungspositionen des TMR-Elements
101 und des TMR-Elements
102 müssen für jede Größe des Magnetisierungsrotors
121 bestimmt werden, und daher existiert ein Problem, das darin besteht, dass die Einsatzflexibilität beschränkt ist.
Patentdokument 1:
Japanisches geprüftes Patent mit der Veröffentlichungsnummer 3017061 Nichtpatentdokument 1:
„Angular dependence of the tunnel magnetoeresistance in transition-metal-based junctions": Physical Review B, Vol. 64, 064427(2001) (Gleichung (2) und Spalte V. Zusammenfassung).
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der oben beschriebenen Probleme, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung, die eine genauere Rotationswinkelinformation unter Verwendung von einem Magnetowiderstandselement erhalten kann.
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Eine magnetische Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Magnetowiderstandselement, das ausgebildet ist aus: einer festen Magnetisierungsschicht, dessen Magnetisierungsrichtung bezüglich einem externen Magnetfeld fest ist; eine freie Magnetisierungsschicht, dessen Magnetisierungsrichtung ansprechend auf das externe Magnetfeld rotiert; und eine nichtmagnetische Zwischenschicht, die zwischen der festen Magnetisierungsschicht und der magnetisierungsfreien Schicht eingeschoben ist. In der magnetischen Erfassungsvorrichtung ist eine Potenzialdifferenz zwischen beiden Enden des Magnetowiderstandselements eine feste Spannung, und eine Änderung im Stromwert des Magnetowiderstandselements bezüglich einer Änderung im Magnetfeld wird erfasst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können Effekte erhalten werden, wonach eine Wheatstone-Brückenschaltungskonfiguration nicht erforderlich ist, und eine genaue Rotationswinkelinformation eines zu erfassenden Objekts mit einer einfacheren Konfiguration erhalten werden kann.
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KURZE BESCHEIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine allgemeine Ansicht zur Darstellung eines relevanten Teils der Konfiguration in 1;
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3 ist eine Wellenformansicht zur Erläuterung des Betriebs der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
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4 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine Wellenformansicht zur Erläuterung des Betriebs der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
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6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine Wellenformansicht zur Erläuterung des Betriebs der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
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8 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
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9 ist eine Wellenformansicht zur Erläuterung des Betriebs der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;
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10 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer bekannten Wheatstone-Brückenschaltung;
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11 ist eine Perspektivansicht zur Darstellung der Struktur des bekannten Magnetowiderstandselements;
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12 ist eine Wellenformansicht zur Erläuterung von Betriebskennlinien des bekannten Magnetowiderstandselements; und
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13A und 13B sind allgemeine Ansichten, die jeweils eine andere Konfiguration der bekannten magnetischen Erfassungsvorrichtung zeigen.
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DETAILLIETE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsform 1
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, die Ausführungsformen sind, beschrieben.
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1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
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Ein TMR-Element 1 gemäß 1 ist zusammengesetzt durch Aufschichten einer festen Magnetisierungsschicht 111, einer nichtmagnetischen Zwischenschicht 112 und einer magnetisierungsfreien Schicht 113, wobei diese Schichten so wie in 11 gezeigt sind. Eine vorbestimmte Spannung va wird an einem Eingangsende des TMR-Elements 1 angelegt; und ein Ausgangsende davon wird mit einem Eingangsende eines Operationsverstärkers 2 verbunden, der als eine Verstärkungseinheit dient. Eine Stromversorgungsspannung vb, wobei es sich um ein Referenzpotenzial handelt, wird an dem anderen Eingangsende des Operationsverstärkers 2 bereitgestellt, und eine Ausgabe vout wird an einem Ausgangsende davon erzeugt. Ein fester Widerstand 3, der die Vergrößerung der Verstärkung bestimmt, ist mit einem Ausgangsende und einem Eingangsende des Operationsverstärkers 2 verbunden; und diese Elemente bilden die magnetische Erfassungsvorrichtung aus. Ein Strom, der durch das TMR-Element 1 fließt, ist I, und ein Widerstandswert des festen Widerstands 3 ist R.
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2 ist eine allgemeine Ansicht zur Darstellung der Positionsbeziehung zwischen einem Magnetisierungsrotor 121 und dem TMR-Element 1; eine Magnetfeldrichtung in der Nähe der Oberfläche des Magnetisierungsrotors 121 wird einfach durch einen Pfeil 123 gezeigt; und die Richtung der Magnetisierung der festen Magnetisierungsschicht des TMR-Elements 1 wird einfach durch einen Pfeil 124 gezeigt. In diesem Fall ist die Magnetfeldrichtung 123 in der Nähe der Oberfläche des Magnetisierungsrotors 121 nahezu gleich zu der Magnetfeldrichtung in der Nähe des TMR-Elements 1. Der Magnetisierungsrotor 121 rotiert mit einer Zentrierung an dem Axialmittelpunkt 122 und dessen Rotationsrichtung wird durch einen Pfeil 125 gezeigt.
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Wenn der Magnetisierungsrotor 121 unter einer derartigen Konfiguration rotiert, und wenn der Magnetisierungsrotor 121 dem TMR-Element 1 an einer Position A in 2 gegenüberliegt, stimmt die Richtung der Magnetisierung 124 der festen Magnetisierungsschicht des TMR-Elements 1 mit der Richtung des Magnetfelds 123 überein; und daher zeigt dies einen Zustand von θ = 0 in Gleichung 1. Der elektrische Leitwert (engl. Conductance) G an der Position 0° ist daher G0 + G1, wie in 3 gezeigt.
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Der Strom I, der durch das TMR-Element 1 fließt, ist ferner (G0 + G1)(va – vb), da eine Spannung über beide Enden des TMR-Elements 1 eine feste Spannung (va – vb) ist.
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Die Ausgangsspannung vout des Operationsverstärkers 2 ist daher das Produkt des festen Widerstands 3 und des Stroms, der durch das TMR-Element 1 fließt; und daher ist die Ausgangsspannung vout gleich (G0 + G1)(va – vb)R.
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Wenn der Magnetisierungsrotor 121 nachfolgend um 45°in Richtung des Pfeiles 125 rotiert, d.h., wenn der Magnetisierungsrotor 121 dem TMR-Element 1 an einer Position B gegenüberliegt, ist die Richtung des Magnetfelds in einem Zustand von θ = 90° in Gleichung 1, der sich von dem der Position A unterscheidet. In diesem Fall ist der Leitwert G gleich G0; der Strom I des TMR-Elements 1 ist G0(va – vb); und der Ausgang vout ist G0(va – vb)R.
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Der Ausgang vout bildet daher eine Kosinuswellenform aus, wie in 3 bezüglich Rotationspositionen A, B, C, D und E des Magnetisierungsrotors 121 gezeigt.
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Im Übrigen ist in 3 eine Leitwertwellenform des TMR-Elements 1 durch 51 gezeigt; eine Stromwellenform des TMR-Elements 1 ist durch 52 gezeigt; und eine Wellenform der Ausgangsspannung vout des Operationsverstärkers 2 ist durch 53 gezeigt.
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Wie oben erläutert wird die Ausgangsspannung vout des Operationsverstärkers 2 in einer Kosinuswellenform in Verbindung mit der Rotation des Magnetisierungsrotors 121 ausgegeben; und daher kann eine genaue Rotationswinkelinformation des Magnetisierungsrotors 121 erhalten werden.
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Zu diesem Zeitpunkt kann die vorbestimmte Spannung va auch 0 [V] (Masse) sein; und in diesem Fall kann die Anzahl von Stromversorgungen reduziert werden. Der Magnetisierungsrotor 121 kann ferner entweder eine Vielzahl von Paaren von N-Polen und S-Polen, gezeigt in 2, oder ein Paar eines N-Poles und S-Poles. Die Position des TMR-Elements 1 ist ferner außerhalb der Peripherie des Magnetisierungsrotors 121 in 2 angeordnet. Das TMR-Element 1 kann jedoch an dem axialen Mittelpunkt 122 des Magnetisierungsrotors 121 angeordnet sein, und der Magnetisierungsrotor 121 kann jede Gestalt verwenden (Quader, Kugel oder Dergleichen), wenn die Magnetfeldrichtung, die an dem TMR-Element 1 angewendet wird, rotiert.
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Es wird daher eine Schaltung bereitgestellt, die den durch das TMR-Element 1 fließenden Strom in eine Spannung wandelt und ausgibt; und folglich wird es möglich, eine genaue Rotationswinkelinformation eines zu erfassenden Objekts durch eine einfachere Konfiguration zu erhalten, ohne dass eine Konfiguration bereitgestellt wird, bei der die TMR-Elemente 1 mit einer Wheatstone-Brückenschaltung verbunden sind.
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Ausführungsform 2
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4 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
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In der Zeichnung ist ein fester Widerstand 4 mit einem Ausgangsende und einem Eingangsende eines Operationsverstärkers 2 verbunden, der als eine Verstärkungseinheit dient und die Vergrößerung der Verstärkung bestimmt. Der feste Widerstand 4 ist auf einen Widerstandswert RA eingestellt, und dessen Temperaturkoeffizient wird gleich zu einem Temperaturkoeffizienten des Widerstands eines TMR-Elements 1 eingestellt. Die andere Konfiguration ist gleich zu der gemäß Ausführungsform 1 in 1.
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5 ist eine Simulationsansicht, die Betriebswellenformen zu dem Zeitpunkt zeigt, wenn sich die Temperatur bei –40°C, 27°C bzw. 150°C gemäß Ausführungsform 2 ändert, wobei va = 0 [V]; vb = 1 [V]; RA = 20 k [Ω] ist; ein Leitwert des TMR-Elements 1 = 0,000075 + 0,000025 × cosθ [G]; ein Temperaturkoeffizient TC1 des TMR-Elements 1 und der feste Widerstand 4 = 0,001 ist; und θ in eine Zeit gewandelt wird. Wie in der Zeichnung gezeigt erscheint eine Differenz in der Wellenform des Stroms I bei jeder Temperatur; die Ausgabe vout wird jedoch in überlappenden Wellenformen gezeigt. Es wird somit möglich, eine Differenz der Verstärkung aufgrund der Temperatur durch Abgleich des Temperaturkoeffizienten des TMR-Elements 1 mit dem des festen Widerstands 4 auszugleichen.
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Bezüglich des Temperaturkoeffizienten des festen Widerstand 4 ist dies z.B. zulässig, wenn der feste Widerstand 4 aus einem TMR-Element besteht, das den gleichen Temperaturkoeffizienten des Widerstands wie der des TMR-Elements 1 aufweist und sich eine Magnetfeldrichtung nicht ändert.
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Wenn es ferner schwierig ist, den festen Widerstand zu präparieren, der einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands aufweist, der äquivalent zu jenem des TMR-Elements 1 ist, kann das folgende Verfahren verwendet werden.
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Der feste Widerstand 4 verwendet zwei Arten fester Widerstände RA und RB, die jeweils einen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten aufweisen, und diese Widerstände werden in Reihe verbunden. Wenn der Temperaturkoeffizient des Widerstands des TMR-Elements 2 gleich TCtmr ist, der Temperaturkoeffizient des Widerstands RA gleich TCA ist, und der Temperaturkoeffizient des Widerstands RB gleich TCB ist, werden der Widerstand RA und der Widerstand RB präpariert, gemäß der folgenden Gleichung. TCA<TCtmr<TCB Gleichung 10
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Wenn der Widerstand RA und der Widerstand RB festgelegt sind, führt dies zu dem Folgenden. RA = RA0 [1 + TCA(t – t0)] Gleichung 11 RB = RB0 [1 + TCB(t – t0)] Gleichung 12
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Wobei RA0 und RB0 Widerstandswerte einer Referenztemperatur zeigen, t0 eine Referenztemperatur zeigt, und t eine Temperatur zeigt.
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Der Widerstand RA und der Widerstand RB sind in Reihe verbunden, und der kombinierte Widerstand wird daher durch die folgende Gleichung 11 und Gleichung 12 gegeben: RA + RB = (RA0 + RB0)[1 + (TCA × RA0 + TCB × RB0)(t – t0)/(RA0 + RB0)] Gleichung 13
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Ein Temperaturkoeffizient des kombinierten Widerstands des Widerstands RA und des Widerstands RB zeigt einen Teil von (TCA × RA0 + TCB × RB0)/(RA0 + RB0) in Gleichung 13; und wenn jeder Widerstandswert des Widerstands RA und des Widerstands RB angepasst ist, kann der gleiche Temperaturkoeffizient des Widerstands wie der des TMR-Element 1 erhalten werden.
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Es wird somit eine Schaltung präpariert, die einen Strom, der durch das TMR-Element 1 fließt, in eine Spannung wandelt und ausgibt, sowie der feste Widerstand 4, der die Vergrößerung des Operationsverstärkers bestimmt, der die Spannung in einen Strom wandelt, ist der feste Widerstand, der den gleichen Temperaturkoeffizienten wie der Widerstand gemäß TMR-Element 1 aufweist; und somit können Effekte bereitgestellt werden, wonach eine Differenz in der Amplitude der Spannung aufgrund der Temperatur ausgeglichen werden kann, und eine Rotationswinkelinformation eines zu erfassenden Körpers genau erhalten werden kann, ohne dass diese von der Temperatur abhängt.
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Ausführungsform 3
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6 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; und bei dieser handelt es sich um eine Schaltungskonfiguration, bei der eine zweite Verstärkereinheit mit der magnetischen Erfassungsvorrichtung in 4 verbunden ist.
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Gemäß der Zeichnung werden ein Puffer 10, ein Operationsverstärker 11, der als zweite Verstärkereinheit dient, feste Widerstände 12 und 13, die die Vergrößerung des Operationsverstärkers 11 bestimmen, und ein Referenzpotenzial vc, verbunden mit dem anderen Eingangsende des Operationsverstärkers 11, an einer nachfolgenden Stufe eines Operationsverstärkers 2 bereitgestellt, der als erste Verstärkereinheit dient.
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Durch eine derartige Konfiguration wird es möglich, die Ausgangsamplitude des Operationsverstärkers 11 durch den festen Widerstand 12 und den festen Widerstand 13 anzupassen, und eine Offset-Komponente der Ausgangsamplitude des Operationsverstärkers 11 kann durch das Referenzpotenzial vc angepasst werden.
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Das heißt, dass, wie durch eine Wellenform 54 in 7 gezeigt, eine Ausgabe vout des Operationsverstärkers 11 größer sein kann, als eine Eingangswellenform 53 des Puffers 10.
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Im Übrigen zeigt Bezugszeichen 51 in der Zeichnung einen Leitwert des TMR-Elements 1, und 52 zeigt eine Änderung im Strom des TMR-Elements 1.
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Es wird somit eine Schaltung präpariert, die einen durch ein TMR-Element 1 fließenden Strom in eine Spannung wandelt und ausgibt, und der Operationsverstärker 11, der als die zweite Verstärkereinheit dient, wird an der anschließenden Stufe verbunden; und folglich kann ein Effekt erhalten werden, wonach die Offset-Komponente der Ausgabe und die Amplitudenkomponente der Ausgabe angepasst werden können, und daher eine gewünschte Aufgabe erhalten werden kann.
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Ausführungsform 4
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8 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm zur Darstellung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß der Zeichnung ist ein TMR-Element 1 mit der Stromversorgungsseite einer Stromspiegelschaltung verbunden, die aus einer Stromversorgung vc, einem Transistor 21 und einem Transistor 22 besteht; und ein fester Widerstand 23 ist mit der Ausgangsseite der Stromspiegelschaltung verbunden. In diesem Fall weisen der Transistor 21 und der Transistor 22 die gleiche Transistor-Kennlinie auf; und ein Vorwärts-Potenzial zwischen einer Basis und einem Emitter ist Vd. Ein Strom, der durch das TMR-Element 1 fließt, ist ferner I, und ein Widerstandswert des festen Widerstands 23 = R.
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Im Übrigen wird die Positionsbeziehung zwischen den TMR-Element 1 und einem Magnetisierungsrotor 121 vergleichbar zu der gemäß 2 eingestellt.
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Wenn der Magnetisierungsrotor 121 unter einer derartigen Konfiguration rotiert, und wenn der Magnetisierungsrotor 121 dem TMR-Element 1 an einer Position A in 2 gegenüberliegt, stimmt die Richtung der Magnetisierung 124 einer festen Magnetisierungsschicht des TMR-Elements 1 mit der Richtung eines Magnetfelds 123 überein; und daher zeigt dies einen Zustand von θ = 0 in Gleichung 1. Ein Leitwert G an der Position von 0Grad ist daher G0 + G1 wie in 9 gezeigt.
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Ferner werden ein Vorwärtspotenzial (feste Spannung)(vd) des Transistors 21 und eine feste Spannung vc an beide Enden des TMR-Elements 1 angelegt; der Strom I, der durch das TMR-Element 1 fließt, ist daher (G0 + G1)(vc – vd). Die Stromspiegelschaltung wird somit ausgebildet, und der Strom (G0 + G1)(vc – vd) fließt daher auch durch den festen Widerstand 23 an der Ausgangsseite, und eine Ausgangsspannung vout an einem Ausgangsende ist vc – R(G0 + G1)(vc – vd).
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Wenn der Magnetisierungsrotor 121 in die Richtung des Pfeils 125 rotiert, ändert sich gleichermaßen die Ausgangsspannung vout daraufhin, wie in 9 gezeigt, und diese zeigt eine Kosinuswellenform.
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Die Ausgangsspannung vout der Stromspiegelschaltung gibt, wie oben erläutert, die Kosinuswellenform in Verbindung mit der Rotation des Magnetisierungsrotors 121 aus; und daher kann eine genaue Rotationswinkelinformation des Magnetisierungsrotors 121 erhalten werden.
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In den obigen Ausführungsformen wird im Übrigen das Tunnel-Magnetowiderstandselement als das Magnetowiderstandselement beschrieben; es können jedoch gleichermaßen jene implementiert werden, die ein Riesenmagnetowiderstandselement verwenden.
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Im Umfang der vorliegenden Erfindung können ferner Ausführungsformen in der vorliegenden Erfindung geeignet geändert oder ausgelassen werden.
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Die vorliegende Erfindung kann für eine Lenksteuervorrichtung angewendet werden, die an einem Fahrzeug oder Dergleichen angebracht ist, und den Lenk-Rotationswinkel erfasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetowiderstandselement (TMR-Element)
- 2
- Operationsverstärker (erste Verstärkereinheit)
- 3: 4
- fester Widerstand
- 10
- Puffer
- 11
- Operationsverstärker (Verstärkereinheit)
- 12, 13, 23
- Fester Widerstand
- 101 bis 104
- Magnetowiderstandselement
- 111
- feste Magnetisierungsschicht
- 112
- nichtmagnetische Zwischenschicht
- 113
- magnetisierungsfreie Schicht
- 121
- Magnetisierungsrotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Angular dependence of the tunnel magnetoeresistance in transition-metal-based junctions”: Physical Review B, Vol. 64, 064427(2001) [0017]
