DE102017005562B4

DE102017005562B4 - Magnetic revolution counter

Info

Publication number: DE102017005562B4
Application number: DE102017005562.9A
Authority: DE
Inventors: Roland Mattheis
Original assignee: Leibniz Institut Photonische Technologien Ev; Leibniz Institut fuer Photonische Technologien eV
Current assignee: Leibniz Institut Photonische Technologien Ev; Leibniz Institut fuer Photonische Technologien eV
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2037-06-10
Also published as: DE102017005562A1

Abstract

Magnetischer Umdrehungszähler, beinhaltend eine einzige spiralförmig ausgebildete an beiden Ende offene oder in sich geschlossene, mehrfach verwundene rennbahnförmige Schleife zum Transport von in ihr führbaren Domänenwänden (Dw) unter Anwendung eines Schichtaufbaus für die Schleife, der den GMR-Effekt nutzt, wobei die spiralförmige Schleife gekrümmte Abschnitte und gerade, in etwa gleichlange und einander gegenüberliegende Abschnitte (31-36 und 41-46) aufweist, und der jeweilige Abstand gerader zu dem jeweiligen Abstand gekrümmter Schleifenabschnitte jeweils zueinander unterschiedlich groß festgelegt ist und in die zur Domänenwandleitung dienende gesamte Schleife nur eine oder wenigstens zwei Domänenwände eingebracht sind, wobei im Fall von zwei benachbarten Domänenwänden diese zwei in einen definierten Abstand von > 360°, bezogen auf ihre Ortsveränderung von erster zu zweiter Position bei Drehung eines rotierenden äußeren Magnetfelds um einen Winkel größer als 360° gebracht und dauerhaft zueinander so beabstandet sind und die Referenzrichtung (28) des magnetischen Umdrehungszählers (20, 23), verankert in der jeweiligen hartmagnetischen Schicht des zum Einsatz gelangenden Schichtaufbaus bei Ausnutzung des GMR-Effekts stets parallel zur Längserstreckungsrichtung der eingesetzten an beiden Enden offenen oder in sich geschlossenen mehrfach verwundenen Schleife gerichtet festgelegt ist.Magnetic revolution counter, comprising a single spiral-shaped racetrack-shaped loop, open at both ends or closed in itself, with multiple twists for transporting domain walls (Dw) that can be guided in it, using a layer structure for the loop that uses the GMR effect, wherein the spiral-shaped loop has curved sections and straight, approximately equally long and opposite sections (31-36 and 41-46), and the respective distance between straight loop sections and the respective distance between curved loop sections is set to be different from one another, and only one or at least two domain walls are introduced into the entire loop used to guide the domain walls, wherein in the case of two adjacent domain walls, these two are brought into a defined distance of > 360°, based on their change of location from the first to the second position when a rotating external magnetic field rotates by an angle greater than 360°, and are permanently spaced apart from one another, and the reference direction (28) of the magnetic Revolution counter (20, 23), anchored in the respective hard magnetic layer of the layer structure used when utilizing the GMR effect, is always directed parallel to the longitudinal direction of the inserted multi-twisted loop which is open at both ends or closed in itself.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Umdrehungszähler, welcher in vielfältigen Gebieten der Technik, insbesondere im Automobil- und Getriebebau vorteilhaft Anwendung finden kann, da solche Umdrehungszähler miniaturisiert ausgebildet und stromlos betrieben werden können.The invention relates to a magnetic revolution counter which can be advantageously used in a wide range of technical fields, in particular in automobile and transmission construction, since such revolution counters can be miniaturized and operated without current.

Grundsätzlich sind Umdrehungszähler zur berührungslosen und leistungslosen Zählung von Umdrehungen unter Nutzung von magnetischen Domänenwänden (Dw) an sich bekannt und bspw. in DE 10 2008 063 226 A1 , DE 10 2010 022 611 A1 , DE 10 2011 075 306A1 und DE 10 2013 018 680 A1 eingehend beschrieben.Basically, revolution counters for contactless and powerless counting of revolutions using magnetic domain walls (Dw) are known per se and are used, for example, in EN 10 2008 063 226 A1 , EN 10 2010 022 611 A1 , EN 10 2011 075 306A1 and EN 10 2013 018 680 A1 described in detail.

Den in vorstehenden Schriften offenbarten Umdrehungszählern ist gemeinsam:

Die zum Einsatz gelangenden Sensorsysteme bestehen aus mindestens einem Sensorelement und mindestens einem äußeren Magnetfeld, wobei berührungsfrei entweder das Sensorelement am Magnetfeld, bzw. das Magnetfeld am Sensorelement vorbeibewegt oder gedreht wird. Das Sensorelement weist zumindest lokal einen Schichtaufbau, bestehend aus mindestens einer hartmagnetischen und mindestens einer weichmagnetischen Schicht, getrennt von einer unmagnetischen Schicht, auf. Im Betrieb des Sensorsystems kann das Drehen oder Vorbeibewegen des Magnetfeldes am Sensorelement (oder umgekehrt) nur die Magnetisierung der durchgehenden weichmagnetischen Schicht und nicht die Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht ändern. Hierdurch wird die Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht im Sensorelement ganz oder teilweise eher parallel oder eher antiparallel zur Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht orientiert sein. Diese unterschiedliche Ausrichtung der Magnetisierungen führt zu einem Unterschied des elektrischen Widerstands in unterschiedlichen Leitbahnabschnitten, der mittels GMR- oder TMR-Effekt auslesbar ist. Innerhalb der weichmagnetischen Schicht sind zwei verschieden magnetisierte Bereiche durch eine magnetische Domänenwand (Dw) voneinander getrennt.

The revolution counters disclosed in the above documents have the following in common:

The sensor systems used consist of at least one sensor element and at least one external magnetic field, whereby either the sensor element is moved or rotated past the magnetic field or the magnetic field is moved or rotated past the sensor element without contact. The sensor element has a layer structure, at least locally, consisting of at least one hard magnetic and at least one soft magnetic layer, separated by a non-magnetic layer. When the sensor system is in operation, rotating or moving the magnetic field past the sensor element (or vice versa) can only change the magnetization of the continuous soft magnetic layer and not the magnetization of the hard magnetic layer. As a result, the magnetization of the soft magnetic layer in the sensor element is oriented entirely or partially parallel or anti-parallel to the magnetization of the hard magnetic layer. This different alignment of the magnetizations leads to a difference in the electrical resistance in different conductor path sections, which can be read using the GMR or TMR effect. Within the soft magnetic layer, two differently magnetized areas are separated from one another by a magnetic domain wall (Dw).

Im Betrieb des Sensorsystems führt eine Lageveränderung des äußeren Magnetfelds, bspw. durch Rotation, im Sensorelement zur leistungslosen Bewegung der im Sensorelement existierenden magnetischen Domänenwände.During operation of the sensor system, a change in the position of the external magnetic field, e.g. due to rotation, in the sensor element leads to a powerless movement of the magnetic domain walls existing in the sensor element.

Die ausgelesenen Dw-Positionen sind eineindeutig bestimmten, mit dem konkreten Umdrehungszähler ermittelbaren Umdrehungen (Umdrehungszahlen) zugeordnet und werden mit Hilfe einer Auswerteelektronik ermittelt. In bevorzugten Ausführungsformen sind mehrere Sensorelemente oder mehrere Teile eines Sensorelementes in Wheatstone-Brücken respektive Wheatstone-Halbbrücken elektrisch miteinander verschaltet, wodurch der Einfluss der Temperatur auf das magnetoresistive Signal unterdrückt wird.The read Dw positions are uniquely assigned to specific revolutions (number of revolutions) that can be determined with the specific revolution counter and are determined with the help of evaluation electronics. In preferred embodiments, several sensor elements or several parts of a sensor element are electrically connected to one another in Wheatstone bridges or Wheatstone half bridges, whereby the influence of the temperature on the magnetoresistive signal is suppressed.

Die Umdrehungszähler nach der DE 10 2008 063 226 A1 sind geometrisch durch eine rautenförmige Spirale gebildet, die an einem Ende in einer großen Fläche endet. Diese große, bevorzugt kreisförmige Fläche fungiert als Domänenwandgenerator (DWG) und ist aus derselben Materialschichtkombination wie die Spirale gebildet. Nach jeder 180° Magnetfelddrehung oder 180° Sensorelementdrehung wird in diesem Domänenwandgenerator eine sogenannte 180°-Domänenwand am Übergang Fläche-Spirale erzeugt. Diese 180°-Dw wandert in die Spirale hinein. Die erzeugten 180°-Domänenwände werden bei Drehrichtung des Magnetfeldes im Spiralendrehsinn zum Spiralenende transportiert, bzw. bei Drehrichtung entgegen des Spiralendrehsinns werden die Dw zum DWG hin transportiert. Dabei annihiliert die aus der Spirale zuerst am DWG ankommende 180°-Dw mit der zugleich im DWG erzeugten 180°-Dw. Die Spirale kann durch sukzessives Drehen des Magnetfeldes somit schrittweise von Domänenwänden gelöscht werden. Äquivalent zur Drehung des Magnetfeldes am ortsfesten Sensorelement ist die Bewegung des Sensorelementes zum ortsfest montierten Magnetsystem.The revolution counters after the EN 10 2008 063 226 A1 are geometrically formed by a diamond-shaped spiral that ends in a large surface at one end. This large, preferably circular surface acts as a domain wall generator (DWG) and is made from the same material layer combination as the spiral. After every 180° magnetic field rotation or 180° sensor element rotation, a so-called 180° domain wall is generated in this domain wall generator at the surface-spiral transition. This 180° Dw migrates into the spiral. The generated 180° domain walls are transported to the end of the spiral when the magnetic field rotates in the same direction as the spiral, or the Dw are transported to the DWG when the direction of rotation is opposite to the spiral. The 180° Dw that first arrives at the DWG from the spiral annihilates with the 180° Dw generated in the DWG at the same time. The spiral can thus be gradually erased from domain walls by successively rotating the magnetic field. Equivalent to the rotation of the magnetic field on the stationary sensor element is the movement of the sensor element relative to the stationary magnet system.

Umdrehungszähler nach der DE 10 2011 075 306 A1 bestehen aus zwei rautenförmigen Spiralen mit je einem DWG an einem Ende mit entgegen gerichtetem Drehsinn, bzw. aus einer Kombination dieser zwei Spiralen mit nur einem DWG an einem Ende oder in der Mitte.Revolution counter after EN 10 2011 075 306 A1 consist of two diamond-shaped spirals, each with a DWG at one end with opposite directions of rotation, or of a combination of these two spirals with only one DWG at one end or in the middle.

Gemeinsam ist diesen Umdrehungszählern nach der DE 10 2008 063 226 A1 und DE 10 2011 075 306 A1 , dass sich bei jeder detektierten halben Umdrehung die Anzahl der 180°-Domänenwände in jeder Spirale um 1 ändert.What these revolution counters have in common is EN 10 2008 063 226 A1 and EN 10 2011 075 306 A1 that for each detected half turn, the number of 180° domain walls in each spiral changes by 1.

Dies ist anders bei den Umdrehungszählern, die mindestens eine geschlossene Schleife mit mindestens einer Kreuzung ( DE 10 2013 018 680 A1 ) oder mindestens eine geschlossene Schleife mit mindestens einer Brücke ( DE 10 2010 022 611 A1 ) aufweisen. Bei diesen Umdrehungszählern wurden die beiden Enden einer Spirale zu einer geschlossenen Schleife miteinander verbunden. Bei n Windungen kreuzt die direkte Verbindung (n-1) Windungen. Eine zweiwindige Spirale wird somit zu einer Schleife mit einer Kreuzung und eine dreiwindige Spirale zu einer Schleife mit zwei Kreuzungen. Jede Windung kann maximal zwei Domänenwände aufnehmen, so dass bei einer Schleife mit n Windungen maximal 2n Domänenwände existieren können.This is different for revolution counters, which have at least one closed loop with at least one crossing ( EN 10 2013 018 680 A1 ) or at least one closed loop with at least one bridge ( EN 10 2010 022 611 A1 ). In these revolution counters, the two ends of a spiral were connected to form a closed loop. With n turns, the direct connection crosses (n-1) turns. A two-turn spiral thus becomes a loop with one crossing and a three-turn spiral becomes a loop with two crossings. Each turn can accommodate a maximum of two domain walls, so that for a loop with n turns, a maximum of 2n domain walls can exist.

Gemeinsam ist diesen Umdrehungszählern ebenfalls, dass die Richtung der Referenzmagnetisierung, die für die Nutzung des GMR- oder TMR-Effektes zwingend erforderlich ist, überall einen Winkel von +45° oder -45° gegenüber allen geraden Stegen beträgt.What these revolution counters also have in common is that the direction of the reference magnetization, which is essential for using the GMR or TMR effect, is at an angle of +45° or -45° to all straight bars.

In einer geschlossenen Schleife wird im regulären Zähl-Betrieb keine Dw erzeugt oder vernichtet. Eine Vernichtung oder Erzeugung von Domänenwänden würde zu einem Zählfehler führen und muss ausgeschlossen sein. Umdrehungszähler mit mindestens einer geschlossenen Schleife erfordern, dass in einem Initialisierungsprozess eine genaue Anzahl an Domänenwänden in das Sensorelement geschrieben wird. Die Initialisierung geschieht z.B. durch komplettes Füllen der geschlossenen Schleife mit Domänenwänden mit Hilfe eines Magnetfeldpulses, dessen Stärke über der Nukleationsfeldstärke H_Nuk der Schleife liegt, und anschließendes Löschen von Domänenwänden. Die Löschung von Domänenwänden erfolgt durch Annihilation von jeweils zwei benachbarten Domänenwänden. Hierfür wird während einer Magnetfelddrehung eine Dw unter einer auf die Schleife zusätzlich aufgebrachten Leiterbahn durch ein strominduziertes Feld, dem sogenannten Oersted-Feld H_Oerstedt, festgehalten (gepinnt) und eine weitere Dw aufgrund der Felddrehung an die gepinnte Dw heran transportiert, so dass die beiden Domänenwände annihilieren. Wenn z.B. die Dw durch ein nach links zeigendes Magnetfeld zur Leiterbahn transportiert wird, so muss das strominduzierte Magnetfeld nach rechts zeigen, um der Dw-Bewegung entgegen gerichtet zu sein. Bei ausreichend großem Gegenfeld stoppt die Dw-Bewegung an der Leiterbahn und die Dw ist gepinnt. Wird das Oerstedtfeld für die nächsten mindestens 180° der Magnetfelddrehung aufrechterhalten, so wird hierdurch eine zweite Dw zur Leiterbahn transportiert. Diese zweite Dw annihiliert mit der ersten, gepinnten Dw. Durch sukzessives Weiterdrehen des einwirkenden äußeren Magnetfeldes und strominduziertes Dw-Pinnen können so nacheinander immer zwei Dw aus einer geschlossen Schleife gelöscht werden bis die gewünschte vorgebbare Zahl an Domänenwänden zum Betrieb des Sensorsystems erreicht ist.In a closed loop, no Dw is created or destroyed in regular counting operation. Destruction or creation of domain walls would lead to a counting error and must be excluded. Revolution counters with at least one closed loop require that an exact number of domain walls is written into the sensor element in an initialization process. Initialization is carried out, for example, by completely filling the closed loop with domain walls using a magnetic field pulse whose strength is greater than the nucleation field strength H _Nuk of the loop, and then deleting domain walls. Domain walls are deleted by annihilation of two neighboring domain walls. For this purpose, during a magnetic field rotation, a Dw is held (pinned) under a conductor track additionally applied to the loop by a current-induced field, the so-called Oersted field H _Oerstedt , and another Dw is transported to the pinned Dw due to the field rotation so that the two domain walls annihilate. If, for example, the Dw is transported to the conductor track by a magnetic field pointing to the left, the current-induced magnetic field must point to the right in order to oppose the Dw movement. If the opposing field is large enough, the Dw movement stops at the conductor track and the Dw is pinned. If the Oerstedt field is maintained for at least the next 180° of the magnetic field rotation, a second Dw is transported to the conductor track. This second Dw annihilates with the first, pinned Dw. By successively rotating the external magnetic field and current-induced Dw pinning, two Dw can be deleted one after the other from a closed loop until the desired, predefined number of domain walls is reached to operate the sensor system.

Allen vorstehend beschriebenen Umdrehungszählern ist gemeinsam, dass das Zählen von Umdrehungen leistungslos durch das Transportieren von Domänenwänden in geschlossenen Schleifen, bzw. das Transportieren mit Erzeugung oder Vernichtung von Domänenwänden in offenen Spiralen erfolgt. Leistungslos erfolgt auch die Speicherung der gezählten Umdrehungen durch eineindeutige Dw-Positionen und/oder Dw-Anzahlen im Sensorelement.What all the revolution counters described above have in common is that revolutions are counted without power by transporting domain walls in closed loops or by transporting them with the creation or destruction of domain walls in open spirals. The counted revolutions are also stored without power by storing unique Dw positions and/or Dw numbers in the sensor element.

Leistung wird hingegen benötigt zum Auslesen des Sensorelementes. In bevorzugten Ausführungsformen wird hierzu der Giant Magneto Resistance- (GMR-) Effekt genutzt, wobei mehrere Sensorelemente oder Teile eines Sensorelementes gemäß des bekannten Standes der Technik in Wheatstone-Halbbrücken respektive Wheatstone-Brücken verschaltet sind. Je nach Magnetisierung weist ein Sensorelement in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedliche elektrische Widerstände, bzw. unterschiedliche Potentiale auf, die, wenn das Sensorelement oder ein Teil eines Sensorelementes in Wheatstone-Halbbrücken respektive Wheatstone-Brücken verschaltet ist, auslesbar sind. Zum Auslesen des Magnetisierungszustandes wird ein Messstrom durch das Sensorelement (bzw. die Wheatstone-(Halb-)Brücke) geleitet und das Messergebnis mit definierten Schwellenwerten verglichen. Je nachdem, ob ein Schwellenwert unterschritten oder überschritten ist, kann entschieden werden, ob das Messergebnis z.B. dem Zustand „eine Dw ist in dieser Wheatstone-Halbbrücke vorhanden“ entspricht oder nicht.Power, however, is required to read the sensor element. In preferred embodiments, the Giant Magneto Resistance (GMR) effect is used for this purpose, with several sensor elements or parts of a sensor element being connected in Wheatstone half bridges or Wheatstone bridges according to the known state of the art. Depending on the magnetization, a sensor element has different electrical resistances or different potentials in different sections, which can be read if the sensor element or part of a sensor element is connected in Wheatstone half bridges or Wheatstone bridges. To read the magnetization state, a measuring current is passed through the sensor element (or the Wheatstone (half) bridge) and the measurement result is compared with defined threshold values. Depending on whether a threshold value is exceeded or not, a decision can be made as to whether the measurement result corresponds, for example, to the state “a Dw is present in this Wheatstone half bridge” or not.

In allen vorstehend beschriebenen Umdrehungszählern nach dem bekannten Stand der Technik haben die mit einem Wheatstone-Halbbrücken-Mittenkontakt kontaktierten Dw-Lagen einen Winkelabstand von 180°.In all revolution counters described above according to the known state of the art, the Dw layers contacted with a Wheatstone half-bridge center contact have an angular distance of 180°.

Ein großer Nachteil dieser Art von Sensorsystemen ist die benötigte große Chipfläche pro Sensorelement, um die erforderlichen Bondkontakte unterzubringen, wobei insbesondere bei Umdrehungszählern für Umdrehungszahlen größer 10 die Bondkontaktanzahl die Chipfläche und damit die Kosten pro Chip maßgeblich bestimmt.A major disadvantage of this type of sensor system is the large chip area required per sensor element to accommodate the required bond contacts. Particularly in the case of revolution counters for revolutions greater than 10, the number of bond contacts significantly determines the chip area and thus the cost per chip.

Die Bondkontakt-Anzahl ist durch eine ebenfalls bekannte gemultiplexte Spannungsversorgung reduzierbar. Bei einer Spirale mit einem Domänenwandgenerator (DWG) und 16 Windungen werden bei einer gemeinsamen Spannungsversorgung aller 16 Windungen insgesamt 34 Kontakte benötigt: Ein Vcc-Kontakt, ein gnd-Kontakt und 16 x 2 Mittelkontakte für 32 Wheatstone-Halbbrücken. Bei einem Vierfach-Multiplexing werden dagegen insgesamt nur noch 16 Kontakte benötigt: Vier Paare von Vcc- und gnd-Kontakten und 4 x 2 Mittelkontakte, wobei jeder Kontakt jeweils vier Windungen kontaktiert. Durch rasches Hintereinanderbeschalten der vier Vcc-gnd-Paare sind an einem Mittelkontakt somit hintereinander die Potentiale der vier kontaktierten Windungen einzeln auslesbar. In Ausgestaltungen mit gemultiplexter Spannungsversorgung sind nicht alle Wheatstone-Halbbrücken auf dem gleichen Potential, so dass bei der Messung einer Wheatstone-Halbbrücke die parallel geschalteten Potentiale das Messergebnis beeinflussen können. In der DE 10 2010 010 893 B4 wurden Umdrehungszähler mit elektrischen Schaltungen kombiniert, die mittels Referenzbrücken die Effekte, die durch parallel geschalteten Potentiale entstehen, kompensieren. Die vorteilhafte Beschaltung mit Referenzbrücken erfordert einen zusätzlichen 17. Kontakt bei einer Spirale mit einem Domänenwandgenerator (DWG) und 16 Windungen.The number of bond contacts can be reduced by a known multiplexed power supply. In a spiral with a domain wall generator (DWG) and 16 turns, a total of 34 contacts are required with a common power supply for all 16 turns: one Vcc contact, one GND contact and 16 x 2 center contacts for 32 Wheatstone half bridges. In quadruple multiplexing, however, only 16 contacts are required: four pairs of Vcc and GND contacts and 4 x 2 center contacts, with each contact contacting four turns. By quickly connecting the four Vcc-GND pairs one after the other, the potentials of the four contacted turns can be read out individually one after the other at a center contact. In designs with a multiplexed power supply, not all Wheatstone half bridges are at the same potential, so that when measuring a Wheatstone half bridge, the potentials connected in parallel can influence the measurement result. In the EN 10 2010 010 893 B4 were revolution counters combined with electrical circuits that use reference bridges to compensate for the effects caused by parallel-connected potentials. The advantageous circuitry with reference bridges requires an additional 17th contact in a spiral with a domain wall generator (DWG) and 16 turns.

Die Widerstandsänderungen durch Änderung der Richtung der Magnetisierung nach Durchgang einer magnetischen Domäne, die die Sensoren mit GMR-Effekt aufweisen, ist in der Größenordnung von 3 - 4% und damit etwa so groß, wie sich der Widerstand durch Änderung der Temperatur um rund 100 K ändert. Deshalb ist für den Einsatz als Umdrehungszählern die Ausbildung einer Wheatstone-Brücke (WB) oder zumindest -halbbrücke auf dem Chip zwingend.The resistance changes due to a change in the direction of magnetization after passing through a magnetic domain, which the sensors with GMR effect have, are in the order of 3 - 4% and thus about as large as the resistance changes due to a change in temperature of around 100 K. Therefore, for use as revolution counters, the formation of a Wheatstone bridge (WB) or at least a half-bridge on the chip is essential.

Im Patent EP 1 740 909 B1 sind, entsprechend vorstehend genannter Maßgabe, dazu rennbahnähnliche Strukturen so verschaltet, dass der Drehsinn benachbarter Rennbahnen entgegengesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass sich im Betrieb benachbarte Elemente der WB entgegengesetzt verhalten: nimmt in einer Rennbahn die Anzahl zu, so sinkt sie in der anderen Rennbahn um den gleichen Betrag. Man benötigt nach diesem Vorschlag demzufolge immer vier Rennbahnen zur Ausbildung einer WB. Um Fehlinterpretationen bei der Bestimmung der Anzahl der Domänenwände zu vermeiden, die durch die intrinsisch vorhandene Hysterese beim Transport der Domänenwände auftreten, müssen bei Verwendung dieser rennbahnähnlichen Strukturen immer zwei um 90° gedrehte Systeme zur Auslesung genutzt werden. Welches der beiden ein nicht verfälschtes Resultat liefert, muss mit Hilfe eine Winkelsensors oder eines Quadrantendetektors bestimmt werden. Würde man also eine Lösung nach EP 1 740 909 B1 zur eineindeutigen Auswertung der Wheatstonebrückensignale nutzen wollen, müsste man bereits zwei aus je vier Rennbahnen bestehende WB kombiniert werden, die jeweils um 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind. Da man somit bereits acht Rennbahnen benötigen würde, erhöht sich das Risiko einer erhöhten Ausschussrate erheblich, da die fehlerfreie Herstellung der Rennbahnen eine technologische Herausforderung darstellt.In the patent EP 1 740 909 B1 In accordance with the above-mentioned requirement, racetrack-like structures are connected in such a way that the direction of rotation of neighboring racetracks is opposite. This means that neighboring elements of the WB behave in opposite ways during operation: if the number increases in one racetrack, it decreases by the same amount in the other racetrack. According to this proposal, four racetracks are therefore always required to form a WB. In order to avoid misinterpretations when determining the number of domain walls, which occur due to the intrinsic hysteresis when transporting the domain walls, two systems rotated by 90° must always be used for reading when using these racetrack-like structures. Which of the two delivers a non-falsified result must be determined using an angle sensor or a quadrant detector. If one were to find a solution according to EP 1 740 909 B1 If you want to use Wheatstone bridge signals for unambiguous evaluation, you would have to combine two WBs each consisting of four racetracks, each of which is rotated by 90° to one another. Since you would need eight racetracks, the risk of an increased rejection rate increases considerably, as the error-free production of the racetracks represents a technological challenge.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen magnetischen Umdrehungszähler anzugeben, die neben einer weitergehend verringerten Anzahl von Bondkontakten vor allem einen deutlich kleineren Flächenbedarf für die eigentliche Sensorstruktur ermöglicht und der Umdrehungszähler somit auf deutlich kleineren Chipflächen und damit kostengünstiger und mit erhöhter Gutausbeute herstellbar ist.The object of the present invention is to provide a magnetic revolution counter which, in addition to a further reduced number of bond contacts, above all enables a significantly smaller area requirement for the actual sensor structure and the revolution counter can thus be manufactured on significantly smaller chip areas and thus more cost-effectively and with increased product yield.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung gelöst.The problem is solved by the characterizing features of the invention.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass zunächst ein magnetischer Umdrehungszähler zur Bestimmung einer vorgebbaren Anzahl zu bestimmender Umdrehungen eines äußeren Magnetfelds, erzeugt durch ein rotierendes Element, respektive ein Polrad, respektive einen linearen magnetischen Maßstab vorgesehen ist, bei dem ein Sensor vorgesehen ist, der magnetische Domänenwandleitbahnen beinhaltet, die aus offenen Spiralen oder in sich geschlossenen mehrfach verwundenen Schleifen bestehen, die durch einen GMR- Schichtstapel gebildet sind und in die magnetische 180°-Domänenwände einbringbar und -durch Messung des elektrischen Widerstands vorgebbarer Spiralen- oder Schleifenabschnitteentsprechend des bekannten Standes der Technik lokalisierbar sind, wobei erfindungsgemäß hier jedoch in die Domänenwandleitbahnen eine einzige Domänenwand oder mindestens zwei magnetische Domänenwände derart eingebracht sind, dass sie durch Mittel zum Erzeugen, Pinnen oder definierten Löschen von Domänenwänden in einen definierten Abstand von größer als 360° zueinander -bezogen auf ihre Ortsveränderung von erster zu zweiter Position, bei Drehung des rotierenden Magnetfeldes um den Winkel von größer als 360°- gebracht und dauerhaft so zueinander beabstandet sind und auf den Domänenwandleitbahnen elektrische Kontakte derart vorgesehen sind, dass diese die Bestimmung der Richtung der Magnetisierung der Teile des Sensors erlauben, die parallel zur Richtung der Referenzschichtmagnetisierung verlaufen, wobei erfindungsgemäß lediglich eine einzige Rennbahn erforderlich ist.The essence of the invention is that firstly a magnetic revolution counter is provided for determining a predeterminable number of revolutions of an external magnetic field to be determined, generated by a rotating element, or a pole wheel, or a linear magnetic scale, in which a sensor is provided which contains magnetic domain wall conductor tracks which consist of open spirals or self-contained, multiply twisted loops which are formed by a GMR layer stack and into which magnetic 180° domain walls can be introduced and - by measuring the electrical resistance of predeterminable spiral or loop sections in accordance with the known prior art, whereby according to the invention here, however, a single domain wall or at least two magnetic domain walls are introduced into the domain wall conductor tracks in such a way that they are positioned at a defined distance of greater than 360° from one another by means for generating, pinning or defined deletion of domain walls - based on their change of location from the first to the second position, when the rotating Magnetic field by an angle of greater than 360° and are permanently spaced apart from one another and electrical contacts are provided on the domain wall conductor tracks in such a way that they allow the determination of the direction of magnetization of the parts of the sensor which run parallel to the direction of the reference layer magnetization, whereby according to the invention only a single race track is required.

Für diese vorgeschlagene Ausbildung des Sensorelements nebst vorgeschlagener neuer Art der Kontaktanbindung und ist die Widerstandsänderung und damit auch die Änderung der Brückenspannung maximal und um den Faktor $\sqrt{2}$

größer als dies bei den rautenförmig orientierten Wheastone-Brücken gemäß des Standes der Technik (vgl. DE 10 2010 010 893 B4 , DE 10 2008 063 226 A1 und DE 10 2011 075 306 A1 ) der Fall ist. Bei Verwendung des GMR-Effektes erlaubt dieser Umstand, dass diese zur Richtungsbestimmung der Magnetisierung genutzten Bereiche der Rennbahn auf einen Wert

1 / \sqrt{2}

verkürzt werden, um den gleichen Spannungshub der Wheatstonehalbbrücke zu erreichen, was eine Verringerung der Chipfläche erlaubt. Weitere geometrische Besonderheiten bei Nutzung des GMR-Effektes, die ebenfalls eine deutliche Verringerung der Chipfläche erlauben, werden im Folgenden beschrieben.For this proposed design of the sensor element together with the proposed new type of contact connection, the change in resistance and thus also the change in the bridge voltage is maximum and by the factor

\sqrt{2}

larger than that of the diamond-shaped wheastone bridges according to the state of the art (cf. EN 10 2010 010 893 B4 , EN 10 2008 063 226 A1 and EN 10 2011 075 306 A1 ) is the case. When using the GMR effect, this circumstance allows the areas of the race track used to determine the direction of the magnetization to be set to a value

1 / \sqrt{2}

be shortened in order to achieve the same voltage swing as the Wheatstone half bridge, which allows a reduction in the chip area. Further geometric features when using the GMR effect, which also allow a significant reduction in the chip area, are described below.

Die neue Sensorstruktur ist dadurch charakterisiert, dass sie bei Verwendung des GMR-Effektes ausschließlich eine einzige rennbahnähnliche Struktur verwendet, anstatt der nach oben genannter EP 1 740 909 B1 erwähnten acht erforderlichen rennbahnähnlichen Strukturen. Diese Reduktion in der Fläche auf 1/8 der erforderlichen Sensorstrukturen ist nur durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Domänenwände (entweder nur eine Domänenwand in der Struktur oder zwei mit einem Abstand > 360°) möglich.The new sensor structure is characterized by the fact that when using the GMR effect it only forms a single racetrack-like structure. ture instead of the above mentioned EP 1 740 909 B1 mentioned eight required racetrack-like structures. This reduction in area to 1/8 of the required sensor structures is only possible through the arrangement of the domain walls proposed by the invention (either only one domain wall in the structure or two with a distance > 360°).

Durch die rennbahnähnliche Struktur sinkt auch der Flächenbedarf im Vergleich zu den rautenförmigen Strukturen der Spirale (vgl. DE 10 2010 010 893 B4 , DE 10 2008 063 226 A1 und DE 10 2011 075 306 A1 ) oder geschlossenen Schleife nach dem Stand der Technik, die bisher zum Zählen verwendet wurden, um ca. 70%. Diese geometrischen Änderungen der Erfindung haben neben der Reduzierung der Chipfläche noch einen weiteren für die technische Umsetzung positiven Effekt. Die Länge der Spirale bzw. der geschlossenen Schleife wird durch diese neue Geometrie gegenüber der Rautenstruktur um mehr als 25% kürzer. Damit steigt die Gut-Ausbeute bei der Produktion, da die Ausbeute der Sensorstruktur praktisch nur von der Länge der kritischen, die magnetischen Domänen tragenden Struktur, die typischerweise 200 nm bis 450 nm breit ist, abhängt.Due to the racetrack-like structure, the space requirement is also reduced compared to the diamond-shaped structures of the spiral (cf. EN 10 2010 010 893 B4 , EN 10 2008 063 226 A1 and EN 10 2011 075 306 A1 ) or closed loop according to the state of the art, which were previously used for counting, by around 70%. In addition to reducing the chip area, these geometric changes to the invention have another positive effect on the technical implementation. The length of the spiral or the closed loop is more than 25% shorter than with the diamond structure thanks to this new geometry. This increases the yield of good products in production, since the yield of the sensor structure practically only depends on the length of the critical structure carrying the magnetic domains, which is typically 200 nm to 450 nm wide.

Weiterhin ist erfindungsgemäß die definierte Beabstandung bei Einsatz zweier benachbarter Domänenwände bevorzugt zu 540° festgelegt.Furthermore, according to the invention, the defined spacing when using two adjacent domain walls is preferably set at 540°.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Magnetisierungsmuster MM besteht aus nur einer einzigen Dw, welche in ebenfalls erfindungsgemäße Spiralen mit zwei angespitzten offenen Enden eingeschrieben wird, wie in der nachfolgenden speziellen Beschreibung zu dieser Ausführungsform detaillierter beschrieben wird.Another magnetization pattern MM according to the invention consists of only a single Dw, which is inscribed in spirals also according to the invention with two pointed open ends, as will be described in more detail in the following specific description of this embodiment.

Zur näheren Erläuterung des Vorstehenden und der Erfindung sollen nachstehende vorteilhafte, die Erfindung aber nicht beschränkende Ausführungsbeispiele und Figuren dienen. Es zeigen:

1 die wesentlichen Bestandteile eines Umdrehungszählers;
2 ein erstes prinzipielles Beispiel für die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorelements;
3 das Sensorelement nach 2 mit erfindungsgemäßen Kontaktanordnungen am Sensorelement;
4 das Sensorelement nach 2 und 3, versehen mit das Sensorelement kontaktieren Bondpads;
5 das Sensorelement nach 2 mit einer Ausgangsdomänenwandbesetzung;
6 das Sensorelement nach 5 mit einer Besetzung mit zwei Domänenwänden;
7 das Sensorelement nach 6 mit einer Besetzung mit zwei Domänenwänden, die in einen erfindungsgemäßen Abstand zueinander gebracht sind;
8 das Sensorelement nach 2 mit einer Besetzung mit nur einer erfindungsgemäßen Domänenwand;
9 ein zweites prinzipielles Beispiel für die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorelements in Form einer in sich geschlossenen Schleife mit einer speziellen Art der Kontaktanbindung und besetzt mit zwei Domänenwänden und
10 eine Ausbildung eines Sensorelements analog 9 und einer Kontaktanbindung analog zu 3.

The following advantageous embodiments and figures serve to explain the above and the invention in more detail, but do not limit the invention. They show:

1 the essential components of a revolution counter;
2 a first basic example of the design of the sensor element according to the invention;
3 the sensor element after 2 with contact arrangements according to the invention on the sensor element;
4 the sensor element after 2 and 3 , provided with bond pads contacting the sensor element;
5 the sensor element after 2 with an initial domain wall occupation;
6 the sensor element after 5 with an occupation with two domain walls;
7 the sensor element after 6 with an occupation with two domain walls which are spaced apart from each other according to the invention;
8th the sensor element after 2 with an occupation with only one domain wall according to the invention;
9 a second basic example of the design of the sensor element according to the invention in the form of a self-contained loop with a special type of contact connection and equipped with two domain walls and
10 a design of a sensor element analogous 9 and a contact connection analogous to 3 .

Nachfolgend werden anhand beiliegender Figuren erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Umdrehungszählern mit der erfindungsgemäßen Kontaktierung beschrieben, die bei jedem Feldwinkel eine eindeutige Auslesung der Umdrehungszahl bei Einsatz nur einer einzigen rennbahnartig ausgebildeten Sensorstruktur ermöglichen.In the following, embodiments of revolution counters according to the invention with the contacting according to the invention are described with reference to the attached figures, which enable a clear reading of the number of revolutions at any field angle using only a single racetrack-like sensor structure.

Zunächst zeigt 1 die wesentlichen Bestandteile eines solchen üblichen Umdrehungszähler-Systems 1 mit einem Umdrehungszähler 1a und einem beispielhaften Magnetsystem 4 mit Nordpol (N) und Südpol (S) montiert an einer drehenden Welle 5. Der Umdrehungszähler 1a besteht aus den Hauptkomponenten: Umdrehungssensor US 2 und einer Elektronik 6. Der Sensor 2 ist ortsfest montiert und detektiert die Anzahl der Umdrehungen des rotierenden Magnetfeldes. Die Elektronik 6 beinhaltet eine Spannungsversorgungen 7 für den Sensor 2 und einen Winkel- oder Quadrantensensor 3, die Verarbeitung der Messwerte und eine Verarbeitungseinheit 8, die das Ergebnis jeder Messung ausgibt.First, 1 the essential components of such a conventional revolution counter system 1 with a revolution counter 1a and an exemplary magnet system 4 with north pole (N) and south pole (S) mounted on a rotating shaft 5. The revolution counter 1a consists of the main components: revolution sensor US 2 and electronics 6. The sensor 2 is mounted in a fixed position and detects the number of revolutions of the rotating magnetic field. The electronics 6 include a power supply 7 for the sensor 2 and an angle or quadrant sensor 3, the processing of the measured values and a processing unit 8, which outputs the result of each measurement.

Die erste Besonderheit vorliegender Erfindung besteht in der erfindungsgemäßen Ausbildung des Umdrehungssensors 2, der anhand einer beispielhaften und vereinfachten Darstellung in 2 für den hier vorliegenden Fall der Nutzung des GMR-Effektes erläutert werden soll. Hier soll insbesondere die erfindungsgemäße Ausgestaltung bzgl. der erfindungsgemäßen Art der Kontaktanbindung dargestellt werden. In diesem Beispiel ist das Sensorelement 2 durch eine sechswindige, rennbahnartige Spirale 20, deren Enden angespitzt sind, gebildet. Die Spitzen 21 und 22 bilden das äußere und innere Ende der Rennbahn. Die Spirale besteht im Beispiel, entsprechend des bekannten Standes der Technik, aus einem magnetischen Schichtstapel, der den GMR-Effekt zeigt. Die Referenzrichtung 28 liegt parallel zu der Längsausdehnung der Rennbahn. Dabei sind sechs gerade Spiralenabschnitte 31 - 36 über halbkreisförmige Bögen Hkl1 - Hkl7 auf der in 2 linken Seite und über halbkreisförmige Bögen Hkr1 - Hkr6 auf der rechten Seite mit den parallel dazu liegenden geraden Spiralenabschnitten 41 - 46 verbunden. Die Spirale enthält im dargestellten Zustand noch keine Domänenwände, ist also homogen magnetisiert. Die Richtung der Magnetisierung ist durch schwarze, auf der Spirale liegende Pfeile symbolisiert. Erfindungswesentlich ist, dass die halbkreisförmigen Bögen zumindest an einer Seite der Spirale voneinander deutlich weiter beabstandet sind, als die geraden Spiralenabschnitte zueinander.The first special feature of the present invention is the inventive design of the rotation sensor 2, which is illustrated by means of an exemplary and simplified representation in 2 for the present case of using the GMR effect. In particular, the inventive design with regard to the inventive type of contact connection is to be presented here. In this example, the sensor element 2 is formed by a six-turn, racetrack-like spiral 20, the ends of which are pointed. The tips 21 and 22 form the outer and inner ends of the racetrack. In the example, the spiral consists of a magnetic layer stack that shows the GMR effect, in accordance with the known state of the art. The reference direction 28 is parallel to the length of the race track. Six straight spiral sections 31 - 36 are connected via semi-circular arches Hkl1 - Hkl7 on the 2 left side and via semicircular arcs Hkr1 - Hkr6 on the right side with the straight spiral sections 41 - 46 lying parallel to it. In the state shown, the spiral does not yet contain any domain walls, so it is homogeneously magnetized. The direction of the magnetization is symbolized by black arrows lying on the spiral. It is essential to the invention that the semicircular arcs are spaced significantly further apart from one another, at least on one side of the spiral, than the straight spiral sections are from one another.

Weiterhin ist die beispielhafte rennbahnähnliche Spirale, wie aus 3 ersichtlich, mit elektrischen Kontakten versehen, und zwar einem gemeinsamen gnd-Kontakt 70 links für die Halbkreise Hkl1, Hkl3, Hkl5, Hkl7 einen gemeinsamen Vcc-Kontakt 80 links für die Halbkreise Hkl2, Hkl4, Hkl6 und den erfindungsgemäßen sechs Mittelkontakten 91 - 96 gegenüberliegend auf den Halbkreisen Hkr1 - Hkr6 in 3 rechts. Die elektrischen Kontakte auf den Halbkreisen sind dabei so gestaltet, dass die nicht von den elektrischen Kontakten bedeckten Bereiche der geraden Stege 31 - 36 und 41 - 46 gleich lang sind.Furthermore, the exemplary racetrack-like spiral, as shown in 3 visible, provided with electrical contacts, namely a common gnd contact 70 on the left for the semicircles Hkl1, Hkl3, Hkl5, Hkl7, a common Vcc contact 80 on the left for the semicircles Hkl2, Hkl4, Hkl6 and the six center contacts 91 - 96 according to the invention opposite on the semicircles Hkr1 - Hkr6 in 3 right. The electrical contacts on the semicircles are designed in such a way that the areas of the straight webs 31 - 36 and 41 - 46 not covered by the electrical contacts are the same length.

Der Magnetisierungszustand des Sensorelementes wird in diesem Beispiel durch Verschaltung zu sechs Wheatstone-Halbbrücken und entsprechender Potentialmessung ausgelesen:

Die im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Wheatstone-Halbbrücken WHB1 bis WHB6 bilden dabei die Stege 31 bis 36 mit den Stegen 41 bis 46 mit den Mittelkontakten 91 bis 96. Diese sind, wie in 4 dargestellt, an den Kontaktpads 291 bis 296 angeschlossen. Die beiden Kontaktpads 270 und 280 versorgen die Brücke (Vcc und gnd-Kontakt). Die beiden Pads 225a und 225b sind die Außenanschlüsse für eine elektrische, weiter nachstehend beschriebene Zusatzleitbahn 26.

In this example, the magnetization state of the sensor element is read out by connecting it to six Wheatstone half bridges and measuring the corresponding potential:

The Wheatstone half bridges WHB1 to WHB6 provided within the scope of the invention form the webs 31 to 36 with the webs 41 to 46 with the center contacts 91 to 96. These are, as in 4 shown, connected to the contact pads 291 to 296. The two contact pads 270 and 280 supply the bridge (Vcc and gnd contact). The two pads 225a and 225b are the external connections for an additional electrical conductor 26, described below.

Die Größe und Anzahl der zum Bonden erforderlichen Kontaktpads bestimmt im Wesentlichen die Chipgröße. Durch die erfindungsgemäße Kontaktierung werden in diesem Beispiel vier Bondkontakte eingespart. Deutlicher wird dieser Effekt beim Vorsehen einer höheren Windungszahl im Sensor 2 zur Zählung größerer Umdrehungszahlen. Bei einem Umdrehungszähler für 30 Umdrehungen werden bei der neuen Art der Kontaktierung nur noch maximal 32 (Vcc + gnd + 30 Mittelkontakte) statt 62 Bondkontakte, wie nach dem Stand der Technik bislang erforderlich (nämlich: Vcc + gnd + 60 Mittelkontakte), bzw. bei einem 5x-Multiplexing nur noch 16 (nämlich: 5 Vcc + 5 gnd + 6 Mittelkontakte) statt 22 Bondkontakte (nämlich: 5 Vcc + 5 gnd + 12 Mittelkontakte), benötigt. Das hier nicht näher beschriebene multiplexe Auslesen der Wheatstone-Halbbrückensignale erfolgt hintereinander mit einer Taktfrequenz im MHz-Bereich, während die Messintervalle im kHz-Bereich liegen, und somit quasi gleichzeitig. Dies geht einher mit einer Reduzierung der Bondkontakte auf 48% (ohne Multiplexing) bzw. 27 % (mit Multiplexing). Da die Chipfläche wesentlich von der Größe und der Anzahl der Bondkontakte bestimmt wird, die mit den Spiralen-Kontakten verbunden sind, minimiert dies die Chipfläche pro Sensorelement um 25% (ohne Multiplexing) bzw. 10% (mit Multiplexing), wie anhand von Layout-Simulationen beispielhaft ermittelt wurde. Zusätzlich reduziert sich die Fläche des die Domänenwände tragenden Teils des Sensors 2, nämlich die langgestreckte Rennbahnspirale 20 auch noch erheblich, was zu einer weiteren Einsparung von benötigter Chipfläche führt. Die vorstehend beschriebene neue Art der Kontaktanbindung und Verschaltungsmöglichkeit zu Wheatstone-Brücken korreliert dabei mit der erfindungsgemäßen Art der weiter nachstehend beschriebenen Domänenwandbesetzung.The size and number of contact pads required for bonding essentially determine the chip size. In this example, the contacting according to the invention saves four bonding contacts. This effect becomes clearer when a higher number of turns is provided in sensor 2 to count higher numbers of revolutions. With a revolution counter for 30 revolutions, the new type of contacting only requires a maximum of 32 (Vcc + gnd + 30 center contacts) instead of 62 bonding contacts, as previously required according to the state of the art (namely: Vcc + gnd + 60 center contacts), or with 5x multiplexing only 16 (namely: 5 Vcc + 5 gnd + 6 center contacts) instead of 22 bonding contacts (namely: 5 Vcc + 5 gnd + 12 center contacts). The multiplexed reading of the Wheatstone half-bridge signals, which is not described in detail here, takes place one after the other with a clock frequency in the MHz range, while the measurement intervals are in the kHz range, and thus virtually simultaneously. This is accompanied by a reduction in the bond contacts to 48% (without multiplexing) or 27% (with multiplexing). Since the chip area is largely determined by the size and number of bond contacts that are connected to the spiral contacts, this minimizes the chip area per sensor element by 25% (without multiplexing) or 10% (with multiplexing), as was determined using layout simulations as an example. In addition, the area of the part of the sensor 2 that supports the domain walls, namely the elongated racetrack spiral 20, is also significantly reduced, which leads to a further saving in the required chip area. The new type of contact connection and interconnection to Wheatstone bridges described above correlates with the inventive type of domain wall occupation described below.

Weiterhin zeigt 4 die beispielhafte Spirale nach 2 mit einer Leiterbahn 25 mit einer Verengung 26 zum Initialisieren des Sensorelementes in einem Zustand ohne Domänenwände, auf deren Bedeutung in 5 näher eingegangen wird.Furthermore, 4 the exemplary spiral after 2 with a conductor track 25 with a constriction 26 for initializing the sensor element in a state without domain walls, the meaning of which is explained in 5 will be discussed in more detail.

Das Sensorelement 20 nach 2, dargestellt in 5, soll zunächst komplett gefüllt sein mit dreizehn Domänenwänden (schwarze Kreise), die z.B. nach einem Feldpuls 29 mit einer Feldstärke über der Nukleationsfeldstärke des Sensorelementes 20 entgegengesetzt der Richtung der Magnetisierung der Referenzrichtung 28 erzeugt wurden. Dabei werden dreizehn Domänenwände DW101 bis DW113 erzeugt, die jeweils in der Mitte der Halbkreise Hkl1 - Hkl7 und Hkr1 - Hkr6 im Beispiel lokalisiert sind. Durch diese Domänenwandkonfiguration ist die Richtung der Magnetisierung in allen Bereichen, die parallel zur Referenzmagnetiserung 28 ausgerichtet sind, gleich. Damit sind auch die Widerstände der hier nicht dargestellten Wheatstone-Halbbrücken jeweils gleich und alle Halbbrücken befinden sich im Mittelpotential. Die Referenzrichtung 28 des GMR-Schichtstapels zeigt im Beispiel von links nach rechts. In jedem geraden Steg ist die Magnetisierungsrichtung mit einem Pfeil symbolisiert.
Um die vorliegender Erfindung zugrundeliegende Maßgabe der definierten Beabstandung zweier benachbarter Domänenwände von >360° zu realisieren, müssen also mindestens zwei Dw gelöscht werden. Dies wird nachstehend anhand der 6 und 7 näher erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit weist die in den vorliegenden Figuren gezeigte Spirale nur sechs Windungen auf. Reale Sensorelemente weisen typischerweise sechszehn bis vierzig solcher Windungen auf.The sensor element 20 after 2 , shown in 5 , should initially be completely filled with thirteen domain walls (black circles) which were generated, for example, after a field pulse 29 with a field strength above the nucleation field strength of the sensor element 20 opposite to the direction of magnetization of the reference direction 28. Thirteen domain walls DW101 to DW113 are generated, each of which is located in the middle of the semicircles Hkl1 - Hkl7 and Hkr1 - Hkr6 in the example. Due to this domain wall configuration, the direction of magnetization is the same in all areas that are aligned parallel to the reference magnetization 28. This means that the resistances of the Wheatstone half-bridges (not shown here) are also the same and all half-bridges are at the middle potential. The reference direction 28 of the GMR layer stack points from left to right in the example. The direction of magnetization is symbolized by an arrow in each straight web.
In order to achieve the requirement underlying the present invention of a defined spacing of two adjacent domain walls of >360°, at least two Dw must be deleted. This is explained below using the 6 and 7 explained in more detail. For reasons of clarity, the spiral shown in the figures has only six turns. Real sensor elements elements typically have sixteen to forty such turns.

Mit Bezug auf 2 zeigt 7 das Sensorelement 20, bei dem ein Magnetisierungsmuster mit 540° Winkelabstand zwischen zwei benachbarten Domänenwänden initialisiert wurde, was eine Kontaktierung gemäß 3 für eine eineindeutige Umdrehungszählung ermöglicht. Während die vollständige Besetzung der Spirale mit Domänenwänden nicht für eine eineindeutige Umdrehungszählung bei der vorgesehenen neuen Art der Kontaktierung geeignet ist, soll anhand von 5 - 7 eine Möglichkeit zur Initialisierung eines erfindungsgemäß erzeugten Magnetisierungsmusters einmal etwas ausführlicher beschrieben werden, die in sechs Schritten erfolgt:

1. Nachdem die Spirale, wie in 5 dargestellt, durch einen äußeren Magnetfeldimpuls mit einer Stärke oberhalb des Nukleationsfeldes komplett mit Domänenwänden (im Beispiel dreizehn) gefüllt ist, wird das äußere Magnetfeld auf ca. 70% des Nukleationsfeldes abgesenkt und n+1 Umdrehungen (im Beispiel sieben) in ccw-Richtung gedreht, wodurch alle eventuell vorhandenen Domänenwände, respektive die in 5 dargestellten dreizehn Domänenwände (DW101 - DW113), die Spirale über die Spitze 21 verlassen. Der dann erreichte domänenwandfreie Zustand ist in 2 bereits dargestellt.
2. Durch einen Stromimpuls über die Leiterbahn 25 wird in der Spiralenwindung unter der Verengung 26 ein Bereich erzeugt, dessen Magnetisierungsrichtung antiparallel zur Ausgangsmagnetisierung gerichtet ist (vgl. 6 Pfeilrichtung auf der vierten Spiralenwindung von unten) und wodurch zwei Domänenwände DW111 und DW112 entstehen, die voneinander um 180° beabstandet sind. Das strominduzierte Oerstedtfeld 27 unter der Verengung 26 plus das von außen wirkende und in die gleiche Richtung zeigende Magnetfeld 29 liegt über der Nukleationsfeldstärke des Sensorelementes 20. Der durch die lokale Einwirkung des Magnetfeldes nukleierte ummagnetisierte Bereich hat zwei Domänenwände. Diese werden durch das antiparallel zur Referenzrichtung 28 zeigende Magnetfeld 29 des Magneten 4 (vgl. 1) in die beiden Halbkreise Hkl4 und Hkr5 bewegt, wie in 6 gezeigt.
3. Bei weiter fließendem Strom durch die Leiterbahn 25 und damit konstantem Magnetfeld 27 wird das äußere Magnetfeld 29 um 360° in cw gedreht, wodurch die DW111 aus dem Hkl4 über den Hkr4 in den Hkl5 transportiert wird, wohingegen die DW112 in die ursprüngliche Position, wie in 6 gezeigt, gemäß 7 zurückkehrt.
4. Anschließend wird der Strom durch die Leitbahn 25 abgeschaltet.

Regarding 2

shows

7 the sensor element 20, in which a magnetization pattern with 540° angular distance between two adjacent domain walls was initialized, which enables contacting according to 3 for a unique revolution count. While the complete occupation of the spiral with domain walls is not suitable for a unique revolution count with the proposed new type of contact, 5 - 7 A possibility for initializing a magnetization pattern generated according to the invention will be described in more detail, which takes place in six steps:

1. After the spiral has been 5 shown, is completely filled with domain walls (in the example thirteen) by an external magnetic field pulse with a strength above the nucleation field, the external magnetic field is reduced to about 70% of the nucleation field and rotated n+1 revolutions (in the example seven) in the ccw direction, whereby all possibly existing domain walls, respectively those in 5 shown thirteen domain walls (DW101 - DW113), leave the spiral via the tip 21. The then achieved domain wall-free state is shown in 2 already shown.
2. By means of a current pulse via the conductor track 25, a region is created in the spiral winding below the constriction 26, the magnetization direction of which is antiparallel to the initial magnetization (cf. 6 Arrow direction on the fourth spiral turn from the bottom) and thereby two domain walls DW111 and DW112 are created, which are spaced apart from each other by 180°. The current-induced Oerstedt field 27 under the constriction 26 plus the magnetic field 29 acting from the outside and pointing in the same direction is above the nucleation field strength of the sensor element 20. The magnetized region nucleated by the local effect of the magnetic field has two domain walls. These are formed by the magnetic field 29 of the magnet 4 pointing antiparallel to the reference direction 28 (cf. 1 ) into the two semicircles Hkl4 and Hkr5, as in 6 shown.
3. With the current continuing to flow through the conductor track 25 and thus the magnetic field 27 remaining constant, the external magnetic field 29 is rotated by 360° in cw, whereby the DW111 is transported from the Hkl4 via the Hkr4 into the Hkl5, whereas the DW112 returns to the original position, as shown in 6 shown, according to 7 returns.
4. The current through conductor 25 is then switched off.

Wie im Rahmen der Erfindung gefordert, haben die in diesem Beispiel in 7 dargestellte Konfiguration vorgesehenen zwei Domänenwände DW111 und DW112 einen Abstand zueinander von >360°, hier die bevorzugten 540°, bezogen auf eine einzige cw-Drehung des äußeren Magnetfeldes 29, eingenommen. Die in den einzelnen geraden Spiralenabschnitten nunmehr geänderte Richtung der Magnetisierung ist in 7 wiederum durch schwarze, auf der Spirale liegende Pfeile symbolisiert.As required within the scope of the invention, the elements shown in this example 7 In the configuration shown, the two domain walls DW111 and DW112 are spaced apart by >360°, here the preferred 540°, based on a single cw rotation of the external magnetic field 29. The direction of magnetization, which has now changed in the individual straight spiral sections, is in 7 again symbolized by black arrows lying on the spiral.

Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, wenn bei Einstellung vorstehend genannten Abstandes zwischen zwei benachbarten Domänenwänden, die zur eigentlichen Umdrehungszählung genutzt werden, die übrigen Schleifenbereiche vollständig mit Domänenwänden zu besetzen, was durch beidseits anstelle der Spitzen 21 und 22 positionierte, hier nicht dargestellte Domänenwandgeneratoren gemäß des Standes der Technik bewerkstelligt werden kann.It is also within the scope of the invention if, when setting the above-mentioned distance between two adjacent domain walls that are used for the actual revolution counting, the remaining loop areas are to be completely occupied with domain walls, which can be accomplished by domain wall generators according to the prior art that are positioned on both sides instead of the tips 21 and 22 and are not shown here.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung zeigt 8 das Sensorelement gemäß 2, das ein Magnetisierungsmuster mit nur einer einzigen Domänenwand aufweist. Die in 8 gezeigte Domänenwandleitbahn der Spirale 20 ist identisch mit der in 2 dargestellten Domänenwandleitbahn. Im Gegensatz zu den Ausführungen nach den 4 - 7 wird in dem Beispiel nach 8 die Leiterbahn 25 mit der Verengung 26 zur Initialisierung eines Zustands mit einer einzigen Dw nicht benötigt. Die Initialisierung erfolgt in diesem Beispiel z.B. in vier Schritten:

1. Ausgehend von einer komplett mit Domänenwänden gefüllten Spirale (vgl. 5) wird im Beispiel das äußere Magnetfeld 29 sechsmal in ccw-Richtung gedreht. Dabei verlassen die Domänenwände DW101 - DW106 und DW108 - DW113 die Spirale am zugespitzten Ende 21 (vgl. 2) und die Domänenwand DW107 sitzt auf der Position, auf der vor den sechs ccw-Umdrehungen die Domänenwand DW101 gesessen hat im Hkl1. Diese Konfiguration ist in 8 dargestellt.
2. Durch drei weitere cw-Drehungen des äußeren Magnetfeldes wird die DW107 aus dem HKI1 in die Position im HKl4 bewegt (nicht dargestellt).

In a further embodiment of the invention, 8th the sensor element according to 2 , which has a magnetization pattern with only a single domain wall. The 8th The domain wall pathway of spiral 20 shown is identical to that shown in 2 In contrast to the explanations according to the 4 - 7 is in the example after 8th the conductor track 25 with the constriction 26 is not required to initialize a state with a single Dw. In this example, the initialization takes place in four steps:

1. Starting from a spiral completely filled with domain walls (cf. 5 ), the external magnetic field 29 is rotated six times in the ccw direction in the example. The domain walls DW101 - DW106 and DW108 - DW113 leave the spiral at the pointed end 21 (cf. 2 ) and the domain wall DW107 sits on the position where the domain wall DW101 sat in Hkl1 before the six ccw turns. This configuration is shown in 8th shown.
2. By three further cw rotations of the external magnetic field, the DW107 is moved from the HKI1 to the position in the HKl4 (not shown).

Damit ist eine Domänenwand-Konfiguration eingestellt, die es ermöglicht, aus dieser Position drei Umdrehungen in cw oder in ccw zu zählen.This sets a domain wall configuration that allows three revolutions in cw or ccw to be counted from this position.

Vorteil der Ausgestaltung nach 8 ist der Verzicht auf die Leiterbahn 25 und somit der zugehörigen zwei Bondkontakte. Diese rein mechanische Initialisierung muss jedoch mit einer hinreichenden Winkelpräzision erfolgen.Advantage of the design according to 8th is to dispense with conductor track 25 and thus the two associated bond contacts. However, this purely mechanical initialization must be carried out with sufficient angular precision.

Zugleich, was für alle dargestellten Ausführungsbeispiele gilt, sind in 8 beispielhafte Dimensionen angegeben (200µm · 50µm), die für die dargestellten Schleifen und in sich geschlossenen Spiralen auch höherer Windungszahlen als der dargestellten sechs repräsentativ sind, da die Dimensionen der eigentlichen Domänenwandleitbahnbreiten eine untergeordnete Rolle spielen. Im Vergleich zu rautenartigen Ausbildungen der Schleifenstrukturen gemäß des Standes der Technik, die, bei gleicher Länge, dazu noch eine um den Faktor $\sqrt{2}$

niedrigere Brückenspannung liefern, nehmen diese bei vergleichbarer Windungszahl eine nicht zu unterschreitende Fläche von ca. 300 · 300 µm ein. Diesen Dimensionen gegenüber ist die erfindungsgemäße Spiralenstruktur zumindest in einer Dimension, im Beispiel nach 8 mit 50 µm, deutlich verkleinert ausführbar. Zugleich sinkt demgegenüber die Zahl der zur Bildung von Wheatstone-Brücken respektive -Halbbrücken erforderliche Kontaktzahl und damit die Zahl erforderlicher Bondpads um 50% bei gleicher Beschaltungsweise, wenn die erfindungsgemäßen Domänenwandmuster in die Schleifen eingeschrieben sind. Auch gegenüber einer Ausbildung der Rennbahn vergleichbar zu EP 1 740 909 B1 verringert sich nicht nur die Anzahl der Kontakte erheblich, weil nach vorliegender Erfindung statt acht nur noch eine einzige Schleife oder in sich geschlossene Spirale zur eineindeutigen Zählung ganzer Umdrehungen erforderlich ist.At the same time, which applies to all illustrated embodiments, 8th exemplary dimensions are given (200µm · 50µm), which are representative for the loops shown and self-contained spirals with higher winding numbers than the six shown, since the dimensions of the actual domain wall conductor widths play a subordinate role. In comparison to diamond-shaped designs of the loop structures according to the state of the art, which, with the same length, also have a length increased by a factor of

\sqrt{2}

lower bridge voltage, they take up an area of approximately 300 x 300 µm with a comparable number of turns. Compared to these dimensions, the spiral structure according to the invention is at least in one dimension, in the example according to 8th with 50 µm, can be made significantly smaller. At the same time, the number of contacts required to form Wheatstone bridges or half bridges and thus the number of bond pads required is reduced by 50% with the same wiring method if the domain wall patterns according to the invention are inscribed in the loops. Also compared to a racetrack design comparable to EP 1 740 909 B1 Not only is the number of contacts reduced considerably, but according to the present invention only a single loop or self-contained spiral is required instead of eight for the unambiguous counting of complete revolutions.

Zur Demonstration der Multivalenz der im Rahmen der Erfindung zum Einsatz gelangenden Ausbildungen des Umdrehungssensors 2 bzgl. zum Einsatz gelangender Domänenwandleitbahnkonfigurationen soll ein zweites prinzipielles Ausführungsbeispiel dienen, dargestellt in 9. To demonstrate the multivalence of the designs of the rotation sensor 2 used within the scope of the invention with regard to the domain wall conductor configurations used, a second basic embodiment is to serve, shown in 9 .

9 zeigt eine weitere prinzipielle erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Umdrehungssensors 2, hier bestehend aus einer beispielhaften, wiederum sechswindigen, in sich geschlossenen Schleife 23. Initialisiert wurde hier wiederum, wie vorstehend bereits beschrieben, mittels der Leiterbahn 25 mit der Verengung 26, ein Magnetisierungsmuster mit zwei Domänenwänden DW111 und DW112 mit einem Winkelabstand von 540°. Die Referenzrichtung 28 des die Schleife 23 bildenden GMR-Schichtstapels verläuft wieder parallel zur Längserstreckung der rennbahnartigen Spirale 23 und zeigt von links nach rechts. Elektrisch kontaktiert wird diese Schleife 23 in diesem Beispiel mit einem gemeinsamen gnd-Kontakt 70 in der Mitte der Stege 41 - 46, einem gemeinsamen Vcc-Kontakt 80 in der Mitte der Stege 31 - 36 und sechs Mittelkontakten 91 bis 96 (analog zu 3), die mittig in den Halbkreisen Hkr1 - Hkr6 lokalisiert sind. Eine Verschiebung der Kontakte 70 und 80 von den linken Halbkreisen (vgl. 3 und 10) ist hier erforderlich, da sonst die sich kreuzenden GMR-Streifen in den linken Schleifenbereichen eine sehr niederohmige Verbindung (nahezu einen Kurzschluss) zwischen dem gnd-Kontakt 70 und dem Vcc-Kontakt 80 verursachen würden. Ist die geschlossene Schleife 23 jedoch so ausgeführt wie im Patent DE 10 2010 022 611 B4 beschrieben, dass die die Halbkreise Hkl1 - Hkl6 „kreuzende“ GMR-Leitbahn als Brücke B50 (vgl. 10) ausgeführt ist, so kann die Kontaktierung mit dem Vcc-Kontakt 80 und gnd-Kontakt 70 so ausgeführt werden, wie in 10 dargestellt. Dies hat den Vorteil, dass die waagerechten Teile der Schleife (31 - 36 und 41 - 46) gegenüber der Ausführung nach 9 um 50% gekürzt werden können, was eine weitere Flächenersparnis der von der Schleife vereinnahmten Fläche um knapp 50% ermöglicht. 9 shows a further basic embodiment of a rotation sensor 2 according to the invention, here consisting of an exemplary, again six-turn, self-contained loop 23. Here, as already described above, a magnetization pattern with two domain walls DW111 and DW112 with an angular distance of 540° was initialized by means of the conductor track 25 with the constriction 26. The reference direction 28 of the GMR layer stack forming the loop 23 again runs parallel to the longitudinal extension of the racetrack-like spiral 23 and points from left to right. In this example, this loop 23 is electrically contacted with a common gnd contact 70 in the middle of the webs 41 - 46, a common Vcc contact 80 in the middle of the webs 31 - 36 and six center contacts 91 to 96 (analogous to 3 ), which are located in the middle of the semicircles Hkr1 - Hkr6. A shift of the contacts 70 and 80 from the left semicircles (cf. 3 and 10 ) is required here, since otherwise the crossing GMR strips in the left loop areas would cause a very low-resistance connection (almost a short circuit) between the gnd contact 70 and the Vcc contact 80. However, if the closed loop 23 is designed as in the patent EN 10 2010 022 611 B4 described that the GMR meridian "crossing" the semicircles Hkl1 - Hkl6 acts as a bridge B50 (cf. 10 ), the contacting with the Vcc contact 80 and gnd contact 70 can be carried out as in 10 This has the advantage that the horizontal parts of the loop (31 - 36 and 41 - 46) are 9 can be reduced by 50%, which enables a further saving of almost 50% of the area occupied by the loop.

Der Magnetisierungszustand des Sensorelementes nach 9 und 10 wird auch hier durch Potentialmessung mit sechs Wheatstone-Halbbrücken analog zur Beschreibung zu 4 ausgelesen. Die zu schaltenden Wheatstone-Halbbrücken WHB1. bis WHB6 werden versorgt durch den gemeinsamen gnd-Kontakt 70 und Vcc-Kontakt 80 und werden jeweils gebildet durch die Stege 31 und 41 mit dem Mittelkontakt 91 bis zu den Stegen 36 und 46 mit dem Mittelkontakt 96. Auch in diesen Beispielen nach den 9 und 10 beträgt der erfindungsgemäße Abstand zwischen den zwei benachbarten Domänenwänden Dw 111 und Dw 112 540° in cw-Richtung betrachtet. Generiert werden kann ein derartiges Domänenwandbesetzungsmuster durch die folgende Prozedur:

1. Füllen der geschlossenen Schleife mit zwölf Domänenwänden mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldimpulses parallel zur Richtung der Referenzmagnetisierung 28.
2. Anlegen eines Stromflusses durch den Kontakt 25 respektive die Verjüngung 26 in einer Richtung, dass dadurch das unter der Verengung 26 erzeugte Magnetfeld in Richtung der Referenzmagnetisierung zeigt und eine Größe von z.B. 75% der Nukleationsfeldstärke aufweist.
3. Anschließende Rotation des äußeren Magnetfeldes, ebenfalls in der Größe von 75% der Nukleationsfeldstärke, zweieinhalb mal (900°) in cw Richtung. Dabei werden im Beispiel vier Domänen an diese Stelle herantransportiert und je zwei annihilieren sich.
4. Abschalten des Stromes durch die Leitbahn 25 und eine weitere Vierteldrehung des äußeren Magnetfeldes. Dadurch befinden sich je eine Domänenwand auf der in den 9 und 10 dargestellten linken Seite und eine Domänewand auf der rechten Seite der Verjüngung 26.
5. Einschalten des Stromes durch die Verjüngung 26 mit entgegengesetzter Polarität als unter Punkt 2 beschrieben.
6. Drehen des äußeren Magnetfeldes um 360° in cw-Richtung. Danach Abschalten des Stromes.

The magnetization state of the sensor element after 9 and 10 is also determined by potential measurement with six Wheatstone half bridges analogous to the description to 4 read out. The Wheatstone half bridges WHB1 to WHB6 to be switched are supplied by the common GND contact 70 and VCC contact 80 and are each formed by the

bars

31 and 41 with the center contact 91 up to the

bars

36 and 46 with the center contact 96. Also in these examples according to the 9 and 10 the distance according to the invention between the two adjacent domain walls Dw 111 and Dw 112 is 540° in the cw direction. Such a domain wall occupation pattern can be generated by the following procedure:

1. Filling the closed loop with twelve domain walls using an external magnetic field pulse parallel to the direction of the reference magnetization 28.
2. Applying a current flow through the contact 25 or the taper 26 in a direction such that the magnetic field generated under the constriction 26 points in the direction of the reference magnetization and has a magnitude of, for example, 75% of the nucleation field strength.
3. Subsequent rotation of the external magnetic field, also at a size of 75% of the nucleation field strength, two and a half times (900°) in cw direction. In the example, four domains are transported to this point and two of them annihilate each other.
4. Switch off the current through the conductor 25 and another quarter turn of the outer magnetic field. This means that there is a domain wall on each of the 9 and 10 shown left side and a domain wall on the right side of the taper 26.
5. Switch on the current through the taper 26 with opposite polarity to that described in point 2.
6. Rotate the external magnetic field by 360° in cw direction. Then switch off the current.

Danach ist eine Konfiguration erreicht, in der zwei Domänen in der geschlossenen Schleife in einem Winkelabstand von 540° vorhanden sind, wie erfindungsgemäß vorgegeben.Thereafter, a configuration is achieved in which two domains are present in the closed loop at an angular distance of 540°, as specified according to the invention.

Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, dass das nach 1 vorgesehene, auf einer Welle installierte Magnetsystem 4 durch ein Polrad mit wechselseitig angeordneten Magnetpolen gebildet sein kann. Ein derart ausgebildeter Umdrehungszähler zählt die Anzahl der am Sensorelement vorbei bewegten Magnetpol-Paare. Dies ist analog zum Zählen von Umdrehungen des Magneten 4 gemäß 1. In gleicher Weise kann das Sensorelement kombiniert werden mit einem Linear-Maßstab mit mehreren Magnetpolen. Jede Maßstab-Position entspricht somit einem Winkelsensor-Messwert und einem Umdrehungszähler-Messwert. Der Umdrehungszähler zählt bei einer solchen Ausbildung die Anzahl der vorbei bewegten Magnetpol-Paare. Auch dies ist analog zum Zählen von Umdrehungen des Magneten 4 gemäß 1.It is of course within the scope of the invention that the 1 The magnet system 4 provided and installed on a shaft can be formed by a pole wheel with alternating magnetic poles. A revolution counter designed in this way counts the number of magnetic pole pairs moving past the sensor element. This is analogous to counting revolutions of the magnet 4 according to 1 . In the same way, the sensor element can be combined with a linear scale with several magnetic poles. Each scale position thus corresponds to an angle sensor measurement value and a revolution counter measurement value. In such a design, the revolution counter counts the number of magnetic pole pairs that have moved past. This is also analogous to counting revolutions of the magnet 4 according to 1 .

Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und/oder den nachfolgenden Zeichnungen erkennbaren Merkmale können einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All features recognizable in the description, the embodiments and/or the following drawings can be essential to the invention individually or in any combination with one another.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Umdrehungszähler-SystemRevolution counter system
1a1a: UmdrehungszählerRevolution counter
22: Umdrehungssensor USRotation sensor US
33: Winkel- oder Quadrantensensor WSAngle or quadrant sensor WS
44: MagnetsystemMagnetic system
55: WelleWave
66: Elektronikelectronics
77: SpannungsversorgungPower supply
88th: VerarbeitungseinheitProcessing unit
2020: SensorelementSensor element
2121: SpitzeGreat
2222: Spitzensharpen
2323: SensorelementSensor element
2525: Leiterbahn 25 zum InitialisierenConductor track 25 for initialization
2626: Verengung zum InitialisierenNarrowing for initialization
2828: ReferenzrichtungReference direction
2929: FeldpulsField pulse
31-3631-36: gerade Schleifenabschnittestraight loop sections
41-4641-46: gerade Schleifenabschnittestraight loop sections
7070: gnd-Kontaktgnd contact
270270: Kontaktpad für gnd-KontaktContact pad for gnd contact
8080: Vcc-KontaktVcc contact
280280: Kontaktpad für Vcc-KontaktContact pad for Vcc contact
91-9691-96: MittelkontakteCenter contacts
225a,225b225a,225b: Bondpads für Leiterbahnen 25 und 26Bond pads for conductor tracks 25 and 26
291-296291-296: BondpadsBond pads
B50B50: BrückeBridge
Dw..Dw..: DomänenwändeDomain walls
Hkl1-7Hkl1-7: links liegende gekrümmte Schleifenabschnittecurved loop sections on the left
Hkr1-6Hkr1-6: rechts liegende gekrümmte Schleifenabschnitteright-hand curved loop sections

Claims

Magnetic revolution counter, comprising a single spiral-shaped racetrack-shaped loop, open at both ends or closed in itself, with multiple twists for transporting domain walls (Dw) that can be guided in it, using a layer structure for the loop that uses the GMR effect, wherein the spiral-shaped loop has curved sections and straight, approximately equally long and opposite sections (31-36 and 41-46), and the respective distance between straight and curved loop sections is set to be different from one another, and only one or at least two domain walls are introduced into the entire loop used to guide the domain walls, wherein in the case of two adjacent domain walls, these two are brought into a defined distance of > 360°, based on their change of location from the first to the second position when a rotating external magnetic field rotates by an angle greater than 360°, and are permanently spaced apart from one another, and the reference direction (28) of the magnetic Revolution counter (20, 23), anchored in the respective hard magnetic layer of the layer structure used when utilizing the GMR effect is always set parallel to the longitudinal direction of the inserted multi-twisted loop, which is open at both ends or closed in on itself.

Magnetic revolution counter according to Claim 1 , characterized in that the spiral-shaped loop has straight, approximately equally long and mutually opposite sections (31-36 and 41-46), wherein only the curved loop sections (Hkl1-Hkl7 and/or Hkr2-Hkr6) used for contacting purposes are spaced apart from one another by a multiple of the spacing of the straight loop sections (31-36 and 41-46), and only one or at least two domain walls are introduced into the entire loop serving for domain wall conduction, wherein the latter are brought into a defined distance of > 360°, based on their change of location from the first to the second position upon rotation of a rotating external magnetic field by an angle greater than 360°, and are permanently spaced apart from one another in this way.

Magnetic revolution counter according to Claim 1 or 2 , characterized in that the curved loop sections (Hkl1-Hkl7) on a first side of the loop are detected by a gnd contact (70) which alternatively detects every second consecutive curved loop section (Hkl1, Hkl3, Hkl5, Hkl7), and the curved loop sections (Hkl2, Hkl4, Hkl6) located between them are detected by a Vcc contact (80) which detects them, whereas the curved loop sections (Hkr1-Hkr6) of the opposite curved side are each detected individually by separate contacts (91-96).

Magnetic revolution counter according to Claim 3 , characterized in that the provided contacts (70, 80 and 91-96) are led to external bond pads (270, 280 and 291-296) surrounding the loop (20, 23).

Magnetic revolution counter according to Claim 3 or 4 , characterized in that the separate contacts (91-96) provided only on one side in a curved loop section are intended for connection in Wheatstone bridges or half-bridges, the number of which corresponds to the number of spiral windings provided.

Magnetic revolution counter according to Claim 1 or 2 , characterized in that, by means of a conventional initialization or feeding, or subsequent deletion of domain walls (Dw), means (25, 26) are provided which generate and/or arrange either only a single domain wall in the entire loop or two domain walls (Dw) spaced apart from one another by a distance of greater than 360°, based on the rotation of the outer rotating magnetic element (4), and permanently spaced apart from one another in this way.

Magnetic revolution counter according to Claim 1 or 2 , characterized in that when using several domain walls, at least two adjacent domain walls are placed at a permanent distance of 540° from each other.