DE2943369C2

DE2943369C2 -

Info

Publication number: DE2943369C2
Application number: DE2943369A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Tokio/Tokyo Jp Narimatsu; Hiroyuki Chiba Jp Ohkubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1989-02-23
Also published as: GB2034053B; US4429276A; DE2943369A1; IT1124694B; SE455732B; GB2034053A; NL190968B; NL7907932A; IT7926851A0; SE7908903L; NL190968C; CA1140234A; CH659323A5; JPS5559314A; JPH0145008B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetwiderstands- Verschiebewandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein Magnetwiderstands-Wandler bekannt (US-PS 39 49 345), bei dem ein Magnetwiderstands-Fühlerelement aus einer ersten und einer zweiten Gruppe paralleler Streifen aus anisotropem Magnetwiderstandswerkstoff, wie beispielsweise Nickel-Kobalt oder Nickel-Eisen, besteht, das auf einem Isoliersubstrat niedergeschlagen oder von einer Schicht auf Isoliersubstrat geätzt ist. Die Streifen und deren sie verbindende Leiter sind vorzugsweise mittels üblicher Dünnfilmtechnik auf einem geeigneten Substrat wie Glas niedergeschlagen. Alle Streifen in einem Fühlerelement sind zwischen den Anschlüssen einer Spannungsquelle reihengeschaltet und ein Ausgangsanschluß ist an der Verbindungsstelle der ersten und der zweiten Gruppe der Streifen vorgesehen.

Ein anisotroper magnetischer Widerstandswerkstoff, kurz Magnetwiderstandswerkstoff, besitzt einen spezifischen Widerstand, der sich abhängig von der Richtung des angelegten Magnetfeldes ändert. Wenn ein Magnetfeld senkrecht zum Strom in den Streifen ist, deren spezifischer Widerstand ein Minimum und wenn das Magnetfeld parallel zum Strom in den Streifen ist, ist deren spezifischer Widerstand ein Maximum. Der Widerstand eines Streifens gleichförmiger Dicke ist proportional seiner Länge und umgekehrt proportional seiner Breite.

Ein magnetisches Gitter, das neben dem Fühlerelement angeordnet ist, besitzt abwechselnd Nord- und Südpole in Richtung der relativen Verschiebung. Der Abstand zwischen entsprechenden Magnetpolen, d. h., von einem Nordpol zum benachbarten Nordpol definiert die Schrittweite oder Wellenlänge λ des magnetischen Gitters. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Gruppe der Streifen ist bezüglich der Wellenlänge des magnetischen Gitters so eingerichtet, daß dann, wenn die erste Gruppe der Streifen maximalen spezifischen Widerstand besitzt, die zweite Gruppe der Streifen minimalen spezifischen Widerstand besitzt und umgekehrt. Die erste und zweite Gruppe der Streifen bilden einen Spannungsteiler mit einem über einer der Gruppe der Streifen abgenommenen Ausgangssignal. Da der spezifische Widerstand und der Widerstandswert der beiden Gruppen der Streifen sich entgegengesetzt ändert, wenn die Beziehung zwischen ihnen und den Magnetpolen in dem magnetischen Gitter sich ändert, ändert sich auch das Ausgangssignal proportional zu einer solchen Beziehung.

Die Messungsauflösung oder die erfaßbare minimale Verschiebung bei Verwendung des Fühlerelements gemäß der genannten US-PS ist durch die kleinste verwendbare Wellenlänge λ des magnetischen Gitters bestimmt, die ihrerseits durch die endliche kleinste Größe der Gruppen der Streifen begrenzt ist. In der Praxis kann eine Auflösung von besser als 1 mm nicht erreicht werden ohne Verwendung relativ kostspieliger Phasenmodulationstechnik zur Interpolation.

Bei der Anordnung gemäß der eingangs genannten US-PS ist es erwünscht, mehrere solcher Fühlerelemente in Reihe geschaltet zu verwenden, die in der Richtung der Verschiebung angeordnet sind. Durch die Verwendung mehrerer Fühlerelemente in dieser Weise wird die Anordnung groß. Wenn die Wellenlänge λ des magnetischen Gitters beispielsweise 2 mm beträgt und wenn die Anzahl der Fühlerelemente beispielsweise 10 beträgt, beträgt die Länge der Gruppe von 10 Fühlerelementen zumindest 40 mm.

Diese inhärente schlechte Auflösung und die besondere Größe der Fühleranordnung gemäß der genannten US-PS erhöht die Herstellkosten einer praktisch verwendbaren Fühler- oder Erfassungsanordnung.

Gemäß der JP-OS 1 14 699/1977 wird die Auflösung bei verringerter Größe durch Verwenden eines einzigen eines Satzes von parallelen Magnetwiderstandsstreifen anstelle jedes der mehreren Sätze von Streifen gemäß der US-PS verbessert. Die parallelen Streifen sind zickzackförmig reihengeschaltet. Jeder der Streifen hängt von dem magnetischen Streufluß von einem einzigen Magnetpol ab zum Steuern bzw. Überwachen dessen spezifischen Widerstands. Wenn jedoch die Wellenlänge λ des magnetischen Gitters verringert wird, um die Auflösung der Anordnung zu verbessern, wird der magnetische Streufluß so drastisch reduziert, daß die in Beziehung dazu stehenden Streifen nicht gesättigt sind. Dies führt zu Problemen bezüglich der magnetischen Hysterese.

Eine teilweise Lösung, um eine Sättigung der Streifen bei relativ kurzen Wellenlängen λ eines magnetischen Gitters zu erreichen, beinhaltet das Niederschlagen eines dünnen Filmes hoher magnetischer Permeabilität zur Bildung geschlossener Magnetwege um Paare von benachbarten Streifen. Die geschlossenen Magnetwege induzieren zunehmenden Streufluß von dem magnetischen Gitter, um so das Magnetfeld ausreichend zu erhöhen, dem die Streifen ausgesetzt sind; damit wird eine Sättigung erreicht, und Hysterese-Effekte werden vermieden.

Die sich aus der Verwendung der geschlossenen Dünnfilm-Magnetwege ergebenden Vorteile sind begrenzt durch den mittels eines Dünnfilms erreichbaren relativ niedrigen Wert der magnetischen Permeabilität.

Ein anderer Vorschlag zum Erreichen einer Sättigung der Magnetwiderstandsstreifen ist enthalten im Artikel "Non-Contact Switch Is Based on Magnetoresistance" im Electronics Magazine (McGraw-Hill), (1. 5. 1975) S. 3E. Ein Vormagnetisierungsfeld in der Größenordnung von 50 Oe ist an die Magnetwiderstandsstreifen angelegt, um diese in gesättigtem Zustand zu halten. Daher ist jede Änderung im Ausgangssignal aufgrund der Annäherung des magnetischen Gitters frei von Interferenzen infolge der Hysterese. In dem Artikel wird ausgeführt, daß das Anlegen des Vormagnetisierungsfeldes unter einem Winkel von 45° zu den Streifen den ursprünglich kleinen Temperaturkoeffizienten des magnetischen Widerstands, kurz Magnetwiderstands, auf Null verringert.

Ein weiterer Versuch zur Verbesserung der Auflösung eines magnetoelektrischen Wandlers verwendet Streifen aus Magnetwiderstandswerkstoff in einem sich wiederholenden symmetrischen dreieckförmigen Wellenmuster mit einer Wellenlänge entsprechend der Wellenlänge λ des magnetischen Gitters, an die ein konstantes Vormagnetisierungsfeld angelegt ist mit einer Richtung senkrecht zu den Magnetfeldern des magnetischen Gitters. Sich ergebende Magnetfeldvektoren werden durch die Wechselwirkungen der Nord- und Südpole des magnetischen Gitters mit dem Vormagnetisierungsfeld erzeugt. Die sich ergebenden Magnetfeldvektoren des magnetischen Gitters und des Vorspannungsmagnetfeldes sind parallel zu den benachbarten Paaren von Streifen in einer Stellung, wodurch maximaler spezifischer Widerstand erreicht ist, und bilden einen Winkel mit einem magnetischen Streifen in einer anderen Stellung, wodurch minimaler spezifischer Widerstand erreicht ist. Zwei dreieckförmige Wellenmuster werden simultan den Feldern des magnetischen Gitters ausgesetzt. Die beiden dreieckförmigen Wellenmuster sind so angeordnet, daß ein maximales Ausgangssignal von einem Muster bei minimalem Ausgangssignal von dem anderen Muster in Koinzidenz ist und umgekehrt.

Das dreieckförmige Wellenelement hat den Nachteil, daß sich ein verringernder Ausgangssignal-Wirkungsgrad ergibt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Streifen jedes benachbarten Paares über die Hälfte der Wellenlänge des magnetischen Gitters angeordnet sind. Dadurch dürfte eine zumindest teilweise Auslöschung des Magnetwiderstandseffektes verursacht sein.

Es ist ferner ein magnetoresistives Element bekannt (DE-OS 24 54 522), bei dem geometrische Anordnungen aus magnetoresistiven Streifen als Sensor in Beziehung zu abwechselnd magnetisch vormagnetisiertem Material vorgesehen sind, um eine Relativbewegung zu messen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit dem betreffenden bekannten magnetoresistiven Element lediglich eine zuweilen unzureichende Auflösung erzielt wird.

Es sind ferner Magnetowiderstandsleseköpfe zum Lesen von Daten bekannt (DE-OS 27 44 993, DE-OS 27 45 128), die in Form von Magnetisierungen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet sind. Von diesen bekannten Leseköpfen unterscheidet sich jedoch der Magnetwiderstands-Verschiebewandler, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, in prinzipieller Weise.

Es sind außerdem magnetisch steuerbare Heizleiterwiderstände bekannt (Siemens Zeitschrift 45 (1971), Seite 608, Bild 3), bei denen rechteckige Plättchen mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von 10 bzw. 1 bzw. 0,33 verwendet werden. Von derartigen Halbleiterwiderständen unterscheidet sich jedoch der Magnetwiderstands- Verschiebewandler ebenfalls in prinzipieller Weise, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht.

Es sind schließlich bereits verschiedene weitere Magnetwiderstands-Verschiebewandler bekannt (US-PS 31 72 032, US-PS 32 67 405 und US-PS 40 39 936), bezüglich der sich jedoch gezeigt hat, daß diese eine als unzureichend empfundene Auflösung haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so weiterzubilden, daß auf relativ einfache Weise eine erhebliche Verbesserung bei der Auflösung gegenüber den bisher bekannten Magnetwiderstands-Verschiebewandlern erzielt ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen.

Die Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil aus, daß eine erhebliche Verbesserung bei der Auflösung erzielt wird, und zwar durch die Kombination des angelegten Vormagnetisierungsfeldes und des relativen Abstands zwischen den magnetresistiven Sensoren.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch vereinfacht eine Ansicht eines herkömmlichen Magnetwiderstandswandlers,

Fig. 2 vergrößert einen anderen herkömmlichen Magnetwiderstandswandler mit Magnetwegen für einen verbesserten Streufluß,

Fig. 3 einen herkömmlichen Magnetwiderstands-Verschiebewandler, der Magnetwiderstandsstreifen verwendet, die in einem sich wiederholenden dreieckförmigen Wellenmuster angeordnet sind, welches einem Vormagnetisierungsfeld ausgesetzt ist,

Fig. 4 schematisch einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 schematisch eine Darstellung eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Darstellung eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 schematisch eine Darstellung eines Magnetwiderstands- Verschiebewandlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 schematisch eine Darstellung eines Magnetwiderstands- Verschiebewandlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 schematisch eine Darstellung eines Magnetwiderstands- Verschiebewandlers gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 11 schematische eine Darstellung eines Magnetwiderstands- Verschiebewandlers gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei besonderer Anpassung zur Erfassung von Drehung,

Fig. 13A-13L Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung der Weise Bezug genommen wird, in der die Auflösung unter Verwendung von Interpolation verbessert wird,

Fig. 14 ein Logik-Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsschaltung zur Verbesserung der Auflösung durch Interpolation,

Fig. 15A-15E Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung eines vier Ausgänge aufweisenden Magnetwiderstands-Verschiebewandlers Bezug genommen wird,

Fig. 16A-16S Signalverläufe, auf die bei der Beschreibung der Weise Bezug genommen wird, in der die Ausgangssignale eines vier Ausgänge aufweisenden Magnetwiderstands-Verschiebewandlers interpolierbar sind, um eine Auflösung von 22,5° zu erreichen,

Fig. 17A-17R Signalverläufe einiger der Signale bei einem Magnetwiderstands-Verschiebewandler und der Signalverarbeitungsschaltung dafür, die acht Ausgangssignale zur Erzeugung einer Auflösung von 22,5° verwendet,

Fig. 18 eine Signalverlaufsdarstellung einschließlich vier Ausgangssignalen eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers, auf die bei der Beschreibung eines anderen Weges Bezug genommen wird, mit dem eine Auflösung von 22,5° erreichbar ist,

Fig. 19 schematisch eine Weise, gemäß der Magnetwiderstands- Verschiebewandler in einer Schaltung angeschlossen werden können,

Fig. 20 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Magnetwiderstands-Verschiebewandlern in einer Schaltung,

Fig. 21 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Magnetwiderstands-Verschiebewandlern in einer Schaltung,

Fig. 22 schematisch eine Darstellung einer anderen Anordnung von Magnetwiderstands-Verschiebewandlern in einer Schaltung.

Vor einer ausführlichen Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden herkömmliche Ausführungsformen der eingangs geschilderten Art kurz erläutert.

In Fig. 1 besitzt ein Magnetwiderstandsfühler bzw. -wandler 20 zwei Gruppen von Magnetwiderstandselementen 22, 22′ in enger Annäherung an ein magnetisches Gitter 24, in dem Nord- und Süd-Magnetpole sich wiederholend abwechseln. Der Abstand zwischen benachbarten Polen, beispielsweise benachbarten Nordpolen, ist als Wellenlänge λ des magnetischen Gitters 24 definiert.

Jede Gruppe von Magnetwiderstandselementen, beispielsweise die Gruppe 22, besteht aus zumindest einem Magnetwiderstandselement, das zumindest einen und vorzugsweise mehrere parallele Streifen 28 aufweist. Wenn mehrere Streifen 28 verwendet werden, sind deren Enden schlangenartig bzw. mäanderartig verbunden mittels relativ breiter Verbindungsleiter 30. Die Magnetwiderstandselemente 26 in jeder Gruppe 22, 22′ sind um λ e voneinander beabstandet mit e = k/2 (k = 1, 2, . . .). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gilt e = 1/2 (k = 1). Der Abstand zwischen dem am weitesten rechts befindlichen Element der Gruppe 22 und dem am weitesten links befindlichen Element der Gruppe 22′ entspricht n λ e + λ e/2. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel gilt n = 0 und ist daher der Abstand: λ/4 (k = 1). Aufgrund des Abstands zwischen den Elementen 26 der gleichen Gruppe 22 oder 22′ sind alle Streifen 28 in einer Gruppe in ähnlicher Weise durch die Magnetfelder des magnetischen Gitters 24 beeinflußt. Beispielsweise ist jedes Magnetwiderstandselement 26 der Gruppe 22′ nahe einem Pol des magnetischen Gitters 24 dargestellt. Zusätzlich ist aufgrund des Abstands zwischen den Gruppen jedes der Magnetwiderstandselemente 26 der Gruppe 22 im wesentlichen zwischen benachbarten Nord- und Südpolen angeordnet und daher praktisch unbeeinflußt durch deren Magnetfelder. Folglich zeigen alle Streifen 28 der Gruppe 22′ maximalen Widerstand aufgrund der Tatsache, daß die Magnetfelder des magnetischen Gitters 24 parallel zu den Streifen 28 sind, und es zeigen gleichzeitig alle Streifen 28, die kein Magnetfeld parallel für einen Stromfluß in ihnen besitzen, minimalen Widerstand.

Eine Erregerspannung V _E ist an Eingangsanschlüsse 32 angelegt, und ein Ausgangssignal wird von der Verbindungsstelle der Gruppen 22 und 22′ abgenommen zur Zufuhr zu Ausgangsanschlüssen 34 und 34′. Für den Fachmann ergibt sich, daß bei einer Verschiebung des Magnetwiderstandsfühlers 20 in Richtung des Doppelpfeils 36 die Spannung am Ausgangsanschluß 34 sich entsprechend der Beziehung der Wellenlänge λ des Magnetgitters 24 zum Abstand der Magnetwiderstandselemente 26 in den Gruppen 22 und 22′ ändert. Beim dargestellten Zustand ist der Widerstand der rechsseitigen Elemente 26 der Gruppe 22′ maximal und derjenigen der Gruppe 22 ist minimal. Dies führt zu einer minimalen Ausgangsspannung am Ausganganschluß 34′. Wenn der Magnetwiderstandsfühler 20 um einen Abstand λ/4 in irgendeiner Richtung verschoben wird, die durch den Doppelpfeil 36 angegeben ist, kommt eines der Magnetwiderstandselemente 26 in der Gruppe 22 in Ausrichtung zu Magnetpolen im Magnetgitter 24, und es werden diejenige der Gruppe 22′ um λ/4 aus der Ausrichtung mit diesen bewegt. Daher ist in dieser Verschiebestellung der Widerstand eines der Elemente 26 der Gruppe 22 maximal und derjenige der Elemente 26 der Gruppe 22′ ist minimal, wodurch eine Änderung der Ausgangsspannung an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ erreicht ist. Wenn der Magnetwiderstandsfühler 20 kontinuierlich in der einen oder der anderen durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung bewegt wird, beschreibt das Ausgangssignal an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ eine Sinusfunktion.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der einzelne Streifen 28 um λ/2 voneinander beabstandet sind und in einem Abstand Δ vom dem Magnetgitter 24 beabstandet sind. Bei dem dargestellten Zustand ist jeder Streifen 28 einem Nord- oder Südpol ausgesetzt. Bei diesem Zustand ist der magnetische Streufluß von dem magnetischen Gitter 24 im wesentlichen parallel zum Stromfluß i, der durch die Strichpunkt-Pfeile dargestellt ist. Daher wird in dieser Stellung maximaler Widerstand erreicht. Bei einer relativen Bewegung des Magnetwiderstandsfühlers 20′ um einen Abstand von λ/4 in der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung wird der Widerstand der Gruppe 22 (oder 22′) der Magnetwiderstandselemente minimal.

Wie erläutert, beeinflußt die kurze Wellenlänge λ die Sättigung der Streifen 28. Aus diesem Grund sind U-förmige Magnetwege 38 aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität, vorzugsweise unter Verwendung von Dünnfilmtechnik, über benachbarte Paare von Streifen 28 gebildet, um einen Flußweg für den Fluß zu erreichen, wie das durch die U-förmigen Strichpunkt-Pfeile dargestellt ist. Wie erläutert, ist die magnetische Permeabilität μ der magnetischen Wege 38 durch das zur Verfügung stehende Material begrenzt, das zur Herstellung von Dünnfilmschaltungen verwendbar ist. Die annehmbare Auflösung kann daher unerreichbar sein.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetwiderstandsfühlers 20′′, bei dem Gruppen 22 und 22′ Streifen 28 bzw. 28′ besitzen, die als sich wiederholende dreieckförmige oder Dreieckwelle mit einer Wellenlänge entsprechend der Wellenlänge λ des magnetischen Gitters 24 angeordnet sind, wobei die Phase der Dreieckwelle der Gruppe 22 entgegengesetzt zur Phase der Dreieckwelle der Gruppe 22′ ist.

Die Streifen 28 und 28′ schließen einen Winkel von Φ bzw. -Φ gegenüber einer Normalen zum magnetischen Gitter 24 ein. Eingangsanschlüsse 32 und ein Ausgangsanschluß 34 werden wie in Fig. 1 dargestellt, verwendet, um eine Erregungsspannung anzulegen bzw. ein Ausgangssignal zu erhalten.

Ein Vormagnetisierungsfeldvektor _B ist in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den Signal-Magnetfeldvektoren _S des Magnetgitters 24 angelegt. Sich ergebende ebene Magnetfeldvektoren erreichen Winkel von Φ′ zu den Signal-Magnetfeldvektoren _S. Die Beziehung zwischen dem Winkel Φ′ des sich ergebenden Magnetfeldvektors und dem Winkel Φ⁰ der Streifen 28 beträgt vorzugsweise:

Φ⁰ ≈ 90°-Φ′

Bei den dargestellten relativen Lagen sind die Streifen 28 der Gruppe 22 im wesentlichen parallel zu den sich ergebenden Magnetfeldvektoren und zeigen daher maximalen Widerstand. Im Gegensatz dazu werden die Streifen 28′ der Gruppe 22′ von den sich ergebenden Magnetfeldvektoren geschnitten, wie das durch Pfeile 40 dargestellt ist, und zeigen daher minimalen Widerstand. Wie erläutert, besitzt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 Begrenzungen bezüglich der Auflösung und das Ausgangssignal weist keine Information bezüglich der Richtung der Verschiebung auf. Zusätzlich dürfte die Anordnung benachbarter Streifen 28 über einen Abstand von λ/2 eine Auslöschung des Magnetwiderstandseffekts erreichen.

Fig. 4 zeigt einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler 42 gemäß der Erfindung neben einem magnetischen Gitter 24 mit der Wellenlänge λ. Der Magnetwiderstands-Verschiebewandler 42 enthält einen ersten magnetoresistiven Sensor bzw. Magnetwiderstandsfühler 44 mit Streifen 28 und 28′ und einen zweiten magnetoresistiven Sensor bzw. Magnetwiderstandsfühler 44′ mit Streifen 28′′ und 28′′′, die in der Verschiebungsrichtung, die durch den Doppelpfeil 36 wiedergegeben ist, ausgerichtet sind. Die Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′ sind vorzugsweise mittels Dünnfilmtechnik auf einem Glassubstrat niedergeschlagen. Verbindende Leiter 30 sind vorzugsweise mittels Dünnfilmtechnik und vorzugsweise unter Verwendung des gleichen Magnetwiderstandswerkstoffs, der bei den Streifen 28-28′′′ verwendet ist, niedergeschlagen. Die erhöhte Breite der verbindenden Leiter 30 verringert deren Widerstandswert (und eine Widerstandsänderung aufgrund des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Magnetfeldes) so ausreichend, daß deren Magnetwiderstandseffekt vernachlässigbar ist. Ein Vormagnetisierungsfeld H _B ist an den Magnetwiderstands-Verschiebewandler 42 parallel zu den Streifen 28 angelegt, wie das durch die umrandeten Pfeile 46 dargestellt ist. Der erste Magnetwiderstandsfühler 44 besitzt eine erste Gruppe 48 aus Magnetwiderstandsstreifen 28 und eine zweite Gruppe 48′ aus Magnetwiderstandsstreifen 28′. Die Streifen 28 und 28′ sind λ/2 von dem nächsten benachbarten Streifen innerhalb der gleichen Gruppe entfernt. Entsprechende Streifen 28 und 28′ in den Gruppen 48 und 48′ sind beabstandet um (n/2 + 1/4)λ, mit n = 1, 2, 3, . . . Wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert, erzeugt jede Verschiebung in Richtung des Doppelpfeils 36 um λ/4 eine 90°-Änderung im Ausgangssignal, das am Ausgangsanschluß 34 erhältlich ist.

Der zweite Magnetwiderstandsfühler 44′ besitzt in ähnlicher Weise Gruppen 48′′ und 48′′′ der Magnetwiderstandsstreifen 28′′ bzw. 28′′′ mit der gleichen Beziehung der Streifen innerhalb der gleichen Gruppe und deren Partnergruppe wie bei den Streifen 28 und 28′ in den Gruppen 48 und 48′. Der Abstand zwischen entsprechenden Streifen der Gruppen 48′′ und 48′′′ ergibt sich zu (m/2 + 1/8)λ, wobei m ganzzahlig ist.

Wie sich für den Fachmann ergibt, sind die an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ erhältlichen Ausgangssignale voneinander um 90° verschoben, wenn der Magnetwiderstands-Verschiebewandler 42 in einer durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Richtung bewegt wird. Eine verbesserte Auflösung wird dadurch erreicht, daß die um 90° beabstandeten Null-Durchgänge in den Signalen an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ erfaßt werden können. Weiter ist eine Anzeige der Richtung der Verschiebung von den Ausgangssignalen erreichbar.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 4 ist insbesondere wirksam, wenn die Magnetfelder des Magnetgitters 24 ausreichend groß sind im Vergleich zum Vormagnetisierungsfeld H _B, um eine Sättigung in den Streifen zu erreichen.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers 50 gemäß der Erfindung. Streifen 28 innerhalb der Gruppe 48, Streifen 28′ innerhalb der Gruppe 48′, Streifen 28′′ innerhalb der Gruppe 48′′ und Streifen 28′′′ innerhalb der Gruppe 48′′′ sind um λ voneinander beabstandet, und entsprechende Streifen innerhalb der beiden Gruppen 48 und 48′ des ersten Magnetwiderstandsfühlers 44 sowie innerhalb der Gruppen 48′′ und 48′′′ des zweiten Magnetwiderstandsfühlers 44′ sind um m λ + λ/2 voneinander beabstandet. Zusätzlich sind aufgrund des Abstands von λ zwischen benachbarten Streifen in einer Gruppe entsprechende Streifen, wie die Streifen 28 und 28′, in dem ersten und dem zweiten Magnetwiderstandsfühler 44 und 44′ um (m + m/4)λ voneinander beabstandet. Dieser Abstand kann, wie in Fig. 4 dargestellt, durch eine Anordnung der ersten und zweiten Magnetwiderstandsfühler 44, 44′ mit den Enden aneinander oder durch die in Fig. 5 dargestellte Nebeneinanderanordnung erreicht werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 gilt m = 0, jedoch kann m auch andere Werte besitzen. Das Vormagnetisierungsfeld H _B, das durch den umrandeten Pfeil 46 angedeutet ist, verläuft unter einem Winkel von 45° zu den Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′. Wie erläutert trägt dies zur Verringerung des Temperaturkoeffizienten des Magnetwiderstands bei.

Der Magnetwiderstands-Verschiebewandler 50 gemäß Fig. 6 erzeugt zwei Ausgangssignale mit einer Phasendifferenz von 90° an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′. Die Ausgangssignale an den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ durchlaufen einen vollen Zyklus abhängig von der Verschiebung um eine Wellenlänge λ des magnetischen Gitters 24 in der durch den Doppelpfeil 36 angedeuteten Richtung. Nulldurchgänge der Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen 34 und 34′ treten auf, wenn die Widerstände der zugeordneten Gruppen der Streifen eines Magnetwiderstandsfühlers 44 oder 44′ gleich sind. Daher wird, wenn der Widerstandswert der Gruppe 48 dem Widerstandswert der Gruppe 48′ entspricht, ein Nulldurchgang erfaßt.

Fig. 7 zeigt einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler 54, in dem entsprechenden Streifen 28 und 28′ im ersten Magnetwiderstandsfühler 44 mit den Streifen 28′′ bzw. 28′′′ im zweiten Magnetwiderstandsfühler 44′ ausgerichtet sind. Zwei magnetische Gitter 24 bzw. 24′ beeinflussen den ersten bzw. zweiten Magnetwiderstandsfühler 44, 44′. Die magnetischen Gitter 24 und 24′ sind um (m/2 + 1/4)λ oder (m/2 + 1/2)λ voneinander beabstandet, entsprechend der angegebenen Lehre. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die magnetischen Gitter 24 und 24′ um λ/4 gegeneinander verschoben, wodurch eine wirksame Phasendifferenz im Ausgangssignal von den Ausgangsanschlüssen 34 bzw. 34′ von 90° erhalten wird. Das Vormagnetisierungsfeld H _B ist vorzugsweise unter einem Winkel Φ = 45° gegenüber den Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′ ausgerichtet.

Fig. 8 zeigt einen Magnetwiderstands-Verschiebewandler 56, bei dem erste und zweite Magnetwiderstandsfühler 44, 44′ verschachtelt sind. Wie erläutert, kann der Abstand zwischen benachbarten Streifen, beispielsweise den Streifen 28 im ersten Magnetwiderstandsfühler 44, ein ganzteiliges Vielfaches einer halben Wellenlänge sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wechselt der Abstand zwischen λ und 2 λ ab, wodurch die Gruppe 48 in der Gruppe 48′′ und die Gruppe 48′ in der Gruppe 48′′′ verschachtelt ist durch Ausrichten und Verschachteln von Streifen, die um λ beabstandet sind, in einer Gruppe mit Streifen, die um 2 λ beabstandet sind, in der Partnergruppe. Wie erläutert sind der erste und zweite Magnetwiderstandsfühler 44 und 44′ um λ/4 in Richtung der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Verschiebungsrichtung versetzt. Eine solche Verschachtelung verringert die von dem Magnetwiderstands-Verschiebewandler 56 eingenommene Fläche.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 zeigt auch Teilungen 58, die die Magnetpole des Magnetgitters 24 definieren, welche unter einem Winkel Φ gegenüber der durch den Doppelpfeil 36 wiedergegebenen Verschiebungsrichtung schräggestellt sind. Durch Anordnen der Teilungen 58 des magnetischen Gitters 24 auf der Diagonalen wird die wirksame Breite des magnetischen Gitters 24 erhöht bezüglich der Größe der tatsächlichen Breite des magnetischen Gitters 24. Die Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′ sind ebenfalls unter einem Winkel Φ angeordnet. Das Vormagnetisierungsfeld H _B kann unter einem Winkel R bezüglich der Streifen angeordnet sein. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Zustand gilt für das Vormagnetisierungsfeld H _B ein Winkel R = 45°, und für die Streifen und Teilungen 58 des magnetischen Gitters 24 gilt ein Winkel Φ = 45°. Dadurch ergibt sich ein Ergebnis ähnlich dem gemäß Fig. 5. Für einen Winkel R = 0, d. h., für ein zu den Streifen ausgerichtetes Vormagnetisierungsfeld H _B ergibt sich eine Wirkungsweise ähnlich der beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers 60 wird eine Erhöhung der Anzahl der Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′ möglich, die dem Magnetfeld des magnetischen Gitters 24 in einem verschachtelten System ausgesetzt sind. Es zeigt sich, daß Paare von Streifen sehr nahe beieinander angeordnet sind, wodurch der magnetische Streufluß von dem magnetischen Gitter 24 gleichmäßig auf beide Teile des Paars einwirkt. Dadurch wird der Magnetwiderstandseffekt wirksam verdoppelt im Vergleich zu einem einfachen Streifen 28 an derselben Stelle. Solche Streifenpaare sind entsprechend den erwähnten Regeln für einzelne Streifen beabstandet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 sind die Streifenpaare um λ beabstandet. Jede Gruppe 48, 48′, 48′′ und 48′′′ der Magnetwiderstandsstreifen ist so vorgesehen, daß sie insgesamt 10 Streifen 28, 28′, 28′′ bzw. 28′′′ enthält; daher wird sie durch den Magnetwiderstandseffekt stärker beeinflußt. Es zeigt sich, daß die relativ breiten Verbindungsleiter 30 lediglich an einem Ende jedes Streifens vorhanden sind. Obwohl breite Verbindungsleiter an dem geschlossenen Ende der Paare der Streifen verwendet werden können, wäre aufgrund des engen Abstands der Streifen und der folglichen Kürze der Verbindung dazwischen jeder Magnetwiderstandseffekt im Verbindungsabschnitt minimal, und die zusätzliche Breite des verbindenden Leiters ist entbehrlich.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß den Fig. 4-9 erzeugen vier Nulldurchgänge während der Verschiebung des Magnetwiderstands-Verschiebewandlers 42, 50, 52, 54, 56 bzw. 60 bei einer Verschiebung um eine Wellenlänge λ, wodurch ein Ausgangssignal alle 90° von λ erzeugt wird. Eine weitere Verbesserung der Auflösung kann unter Verwendung eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers 62 gemäß Fig. 10 erreicht werden. Erste, zweite und dritte Magnetwiderstandsfühler 44, 44′ bzw. 44′′, die jeweils den Erläuterten ähnlich aufgebaut sind, sind nebeneinander angeordnet. Ein Abstand von λ/6 ist zwischen den nächstliegenden Streifen benachbarter Fühler vorgesehen. Wie sich für den Fachmann unter Berücksichtigung der vorstehenden Überlegungen ergibt, erreicht ein solcher Abstand drei Signale an Ausgangsanschlüssen 34, 34′ und 34′′, die um 60° beabstandet sind. Dadurch werden sechs Nulldurchgänge pro Wellenlänge λ und eine Auflösung von 60° erreicht. Eine geeignete Signalverarbeitung ist möglich, um diese Auflösung um einen Faktor Zwei zu verbessern und um eine Auflösung von 30° zu erreichen, wie das erläutert werden wird.

Gemäß Fig. 11 enthält ein Ausführungsbeispiel eines Magnetwiderstands-Verschiebewandlers 64 vier Magnetwiderstandsfühler 44, 44′, 44′′ und 44′′′ mit einem Abstand zwischen entsprechenden Streifen benachbarter Fühler von (n - 1/8)λ. Aufgrund der vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß dadurch Nulldurchgänge an Ausgangsanschlüssen 34, 34′, 34′′ und 34′′′ alle 45° erreicht werden. Eine Signalverarbeitung kann diese Auflösung um einen Faktor Zwei verbessern, um eine Auflösung von 22,5° zu erreichen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 zeigt auch Magnetfelder im magnetischen Gitter 24′, die sich quer zu deren Teilungen erstrecken, wie das durch die kleinen Pfeile in dem magnetischen Gitter 24′ dargestellt ist.

Irgendeines der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kann bei einem Rotationsfühler gemäß Fig. 12 verwendet werden. Ein Magnetwiderstands-Rotationsfühler 66 kann ein magnetisches Gitter 24′′ enthalten, das an einem Drehglied, wie einer Scheibe 68, befestigt ist. Die Scheibe 68 kann sich in der durch den Doppelpfeil 36′ dargestellten Richtungen auf einer Welle 70 nahe einem ersten und einem zweiten Magnetwiderstandsfühler 44 bzw. 44′ drehen. Mit der Ausnahme der Tatsache, daß die Streifen 28, 28′, 28′′ und 28′′′ und die Teilungen des magnetischen Gitters 24′′ längs Radien der Scheibe 68 angeordnet sind und daß der Winkel R des Vormagnetisierungsfeldes H _B bezüglich der Radien der Scheibe 68 zu wählen ist, wirkt der Magnetwiderstands-Rotationsfühler 66 in identischer Weise wie die erläuterten Magnetwiderstands-Verschiebewandler, weshalb eine nähere Erläuterung entbehrlich ist.

Anhand der Fig. 13A-13L wird ein Signalverarbeitungsverfahren erläutert, durch das die Auflösung der Vorrichtung mit zwei Ausgängen gemäß den Fig. 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 12 um einen Faktor Zwei verbessert wird unter Verwendung lediglich eines Nulldurchgangs als Lagezeiger. Obwohl die Ausgangssignale der erläuterten Magnetwiderstandsfühler im allgemeinen sinusförmig sind, sei zur leichteren Beschreibung angenommen, daß die Signale Dreieckwellen sind. Das Signal (A), das von dem ersten Magnetwiderstandsfühler 44 der erläuterten Ausführungsbeispiele stammen kann, beschreibt einen vollen Zyklus, wenn eine Verschiebung um eine Wellenlänge λ auftritt. Ein zweites Signal (B), das von dem zweiten Magnetwiderstandsfühler 44′ der vorhergehenden Ausführungsbeispiele stammen kann, eilt dem Signal (A) um 90° nach. Wenn lediglich die Nulldurchgänge verwendet werden, um die Auflösung bezüglich der Verschiebung oder der Drehung zu erreichen, werden vier um 90° verschobene Punkte erzeugt.

Wenn die Summe und die Differenz der Signale (A) und (B), wie in Fig. 13B dargestellt, gebildet wird, kann die Auflösung um einen Faktor Zwei verbessert werden. Die Differenz (A) - (B) ist in Vollinien und die Summe (A) + (B) in Strichlinien dargestellt. Es zeigt sich, daß das Summen- und das Differenzsignal vier zusätzliche Nulldurchgänge zwischen den Nulldurchgängen der Signale (A) und (B) gemäß Fig. 13A hinzufügen. Wenn alle acht Nulldurchgänge verwendet werden, wird eine Auflösung von 45° erreicht.

Im folgenden wird Fig. 14, die eine Signalverarbeitungsschaltung 72 zur Erzeugung der erläuterten Verbesserung der Auflösung zeigt, erläutert. Das Signal (A) wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 74, einem Plus-Eingang eines Addierers 76 und einem Plus-Eingang eines Subtrahierers 78 zugeführt. Das Signal (B) wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 80, einem Plus- Eingang eines Addierers 76 und einen Minus-Eingang eines Subtrahierers 78 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 76 wird einem Eingang eines Schmitt-Triggers 82 zugeführt. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 78 wird einem Schmitt-Trigger 84 zugeführt. Jeder Schmitt-Trigger 74, 80, 82 und 84 erzeugt ein direktes Ausgangssignal 86, 88, 90 bzw. 92 sowie ein invertiertes Ausgangssignal bzw. . Das direkte Ausgangssignal 86 wird einer Differenzierschaltung 94 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 96 bzw. 98 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 94 wird jeweils einem Eingang eines UND- Glieds 100 bzw. 102 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal wird einer Differenzierschaltung 104 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 106 bzw. 108 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 104 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 110 bzw. 112 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 88 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 114 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 100 bzw. 112 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 116 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 110 bzw. 102 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 90 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 118 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 120 bzw. 122 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 118 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 124 bzw. 126 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 128 und jeweils einem Eingang eines UND- Glieds 130 bzw. 132 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 128 wird jeweils einem Eingang eines UND- Glieds 134 bzw. 136 zugeführt. Das direkte Ausgangssignal 92 wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 138 und jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 136 bzw. 124 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 138 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 130 bzw. 120 zugeführt. Das invertierte Ausgangssignal wird einem Eingang einer Differenzierschaltung 140 zugeführt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 140 wird jeweils einem Eingang eines UND-Glieds 122 bzw. 132 zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 100, 110, 106, 98, 124, 134, 130, 122 werden einem ersten Eingang 142 eines umkehrbaren oder Zweirichtungszählers 144 zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 102, 112, 96, 108, 126, 136, 120, 132 werden einem zweiten Eingang 146 des Zweirichtungszählers 144 zugeführt.

Wie bekannt, erzeugt ein Schmitt-Trigger einen ersten Ausgangssignalpegel jedesmal dann, wenn das Eingangssignal unter einer vorgegebenen Spannung, wie 0 V ist und einen zweiten Ausgangssignalpegel, wenn das Eingangssignal über der vorgegebenen Spannung ist. Zu Beschreibungszwecken sei angenommen, daß die Schmitt-Trigger 74, 80, 82 und 84 ihre Ausgangssignale jeweils dann umschalten, wenn ihre Eingangssignale in positiver und negativer Richtung durch Null hindurchgehen. Daher verlaufen die direkten Ausgangssignale 86, 88, 90 und 92 der Schmitt-Trigger 74, 80, 82 und 84 gemäß den Fig. 13C, 13D, 13E bzw. 13F. Die invertierten Ausgangssignale und sind die invertierten Signale zu den Signalen gemäß den Fig. 13C-13F. Die Ausgangssignale der Differenzierschaltungen 94 und 104 sind im oberen Teil der Fig. 13D dargestellt, wenn die Verschiebung in der Richtung +X auftritt. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 104 ist zur Verdeutlichung als negativ werdende Spitze dargestellt. Jedoch kann selbstverständlich das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 4, da es am invertierten Ausgangssignal arbeitet, eine positiv werdende Spitze sein. Aufgrund der durch die UND-Glieder erreichten Verknüpfung werden die positiv dargestellten Spitzen dem Eingang 106 des Zweirichtungszählers 144 und die negativ dargestellten Spitzen dem Eingang 142 des Zweirichtungszählers 144 zugeführt. Bei einer Verschiebung in der Richtung -X sind die Ausgangssignale der Differenzierschaltungen 94 und 104 so, wie in der unteren Kurve gemäß Fig. 13G dargestellt. Es zeigt sich, daß die positive und die negative Richtung der Spitzen mit der Richtungsumkehr umgekehrt ist. Daher empfängt der jeweils andere der Eingänge 142 und 146 abhängig von der Verschiebungsrichtung oder Drehungsrichtung die Signale.

Fig. 13H zeigt die dem Zweirichtungszähler 144 zugeführten Signale als Ergebnis der Ausgangssignale von den UND-Gliedern 96, 98, 106 und 108, die von den differenzierten direkten und invertierten Ausgangssignalen 88 und verknüpft sind, welche durch die Nulldurchgänge des Signals (B) erzeugt sind. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 13I die Eingangssignale für den Zweirichtungszähler 144 von den UND-Gliedern 124, 126, 134, 136, die durch die Nulldurchgänge von (A) + (B) verknüpft sind. Fig. 13J zeigt die Eingangsignale für den Zweirichtungszähler 144 von den UND- Gliedern 120, 122, 130 und 132 aufgrund der Nulldurchgänge von (A) - (B). Der Zweirichtungszähler 144 läuft entsprechend der Eingangssignale und deren Richtung nach, um einen fortgeschriebenen Zählerstand zu enthalten, der der Stromverteilung oder dem Drehwinkel in Schritten bzw. Inkrementen von 45° entspricht, wie in Fig. 13K für Bewegung in Richtung +X bzw. 13L für die Bewegung in Richtung -X dargestellt ist.

Wenn ein Magnetwiderstands-Verschiebewandler, wie der Wandler bzw. Fühler 64 gemäß Fig. 11, vier Magnetwiderstandsfühler 44, 44′, 44′′ und 44′′′ besitzt, erzeugen deren vier Ausgangssignale (A), (B), (C) und (D), wie in Fig. 15A dargestellt, acht Nulldurchgänge pro Wellenlänge des magnetischen Gitters zur Erzeugung einer Auflösung von 45°. Ausgangssignale von (nicht dargestellten) Schmitt-Triggern sind abhängig von den Signalen (A), (B), (C) und (D) jeweils in den Fig. 15B-15E dargestellt.

Die Fig. 16A-16S zeigen, wie die von den vier Signalen, wie (A), (B), (C) und (D) erreichbare 45°-Auflösung mit einem Abstand von 45° zu einer Auflösung von 22,5° verbessert werden kann. Die vier Signale sind in Fig. 16A dargestellt. Fig. 16B zeigt in Vollinien das Signal (A) - (B), in Strichlinien das Signal (A) + (B), in Strichpunktlinien das Signal (B) - (C) und in Doppelpunktstrichlinien das Signal (C) - (D). Die Fig. 16C-16J zeigen die Ausgangssignale von (nicht dargestellten) Schmitt-Triggern, denen Signale (A), (B), (C), (D), (A) - (B), (B) - (C), (C) - (D), bzw. (A) + (D) zugeführt sind. Wie sich am besten aus den Fig. 16K-16S ergibt, können Signale, die denen der Fig. 14 äquivalent sind, einen Ausgangsimpuls alle 22,5° einer Bewegung längs eines magnetischen Gitters in der Verschieberichtung erzeugen. Da die Erzeugung der Spitzensignale gemäß den Fig. 16K-16R zur Erzeugung von Zählimpulsen gemäß 16S sich ohne weiteres aus der mit zwei Eingangssignalen arbeitenden ähnlichen Schaltung gemäß Fig. 14 ergibt, ist eine Darstellung und/oder eine Erläuterung einer Vorrichtung zur Erzeugung der Signale gemäß den Fig. 16B-16S im einzelnen entbehrlich.

Ein direkteres Verfahren zur Erzielung einer Auflösung von 22,5° ist in den Fig. 17A-17R dargestellt. Wie in Fig. 17A dargestellt, werden acht getrennte Signale (A), (B), (C), (D), (E), (F), (G) und (H), die um 22,5° beabstandet sind, (nicht dargestellten) Schmitt-Triggern zugeführt für die Erzeugung der in den Fig. 17B-17I dargestellten Signale. Die Fig. 17J-17R zeigen die zur Zufuhr an einen (nicht dargestellten) Zweirichtungszähler erzeugten Signale für die Bewegung über eine Wellenlänge in der Richtung +X. Die dem Zweirichtungszähler für eine Drehung oder Bewegung in Richtung -X zugeführten Signale sind nicht dargestellt, jedoch ergeben sie sich ohne weiteres aus der vorstehenden Beschreibung. Die obige Anordnung, die acht Signale zur Erreichung einer Auflösung von 22,5° verwendet, ist vorteilhaft, da Addierer und Subtrahierer nicht erforderlich sind, weshalb ein einfacher Schaltungsaufbau ausreicht.

Eine andere Möglichkeit, eine Auflösung von 22,5° zu erreichen, ist in Fig. 18 dargestellt, wobei lediglich Signale (A) und (B), die um 90° beabstandet sind, ein Signal (C), das dem Signal (A) um 22,5° nacheilt, und ein Signal (D), das dem Signal (B) um 22,5° nacheilt, verwendet sind. Die Art, in der die Signale gemäß Fig. 18 verwendet werden, um die Auflösung von 22,5° zu erreichen, ist folgende:

Signal (A)
V _A = E₁ sin (n λ + R )
Signal (B)	V _B = E₁ sin (n λ + R - π/2)
Signal (A) + (B)	V _{A + B} = E₂ sin (n λ + R - π/4)
Signal (A) - (B)	V _{A - B} = E₂ sin (n λ + R + π/4)
Signal (C)	V _C = E₁ sin (n λ + R - π/8)
Signal (D)	V _D = E₁ sin (n λ + R - 5π/8)
Signal (C) + (D)	V _{C + D} = E₂ sin (n λ + R - 3π/8)
Signal (C) - (D)	V _{C - D} = E₂ sin (n λ + R + π/8)

Obwohl die Verwendung der Signale gemäß Fig. 18 sich etwas von der Verwendung der Signale gemäß Fig. 16 unterscheidet, um die Auflösung von 22,5° zu erreichen, sind die Ergebnisse gleich.

Die Fig. 19 und 20 zeigen zwei mögliche Wege, auf denen mehrere Magnetwiderstandsfühler, beispielsweise vier Magnetwiderstandsfühler 44, 44′, 44′′ und 44′′′ miteinander verbunden werden können, um Ausgangssignale für die Signalverarbeitungsschaltung zu erhalten. Veränderbare Widerstände 148, 148′, 148′′ und 148′′′ erlauben einen Abgleich der Signale. Gemäß Fig. 19 werden die einzelnen Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen 34, 34′, 34′′ und 34′′′ erhalten, wobei ein gemeinsamer Ausgang bzw. eine gemeinsame Ausgangsleitung entweder Masse oder die Erregungsspannung V _E sein kann.

In Fig. 20 wird die gemeinsame Signalspannung V _SC von den Ausgangsanschlüssen 34, 34′, 34′′ und 34′′′ erreicht. Die einzelnen Ausgangssignale können von einem der Eingangsanschlüsse 32, 32′, 32′′ und 32′′′ jedes Magnetwiderstandsfühlers 44, 44′, 44′′ und 44′′′ erhalten werden. Wie sich aus den Fig. 21 und 22 ergibt, ist die Anzahl der erforderlichen externen Anschlüsse drastisch verringert.

Claims

1. Magnetwiderstands-Verschiebewandler für die Verwendung mit zumindest einem länglichen magnetischen Gitter, welches eine Wellenlänge aufweist, die durch den Abstand zwischen magnetischen Domänen ein und desselben Typs festgelegt ist,
mit ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren, die relativ zueinander unter einem bestimmten Abstand zueinander festliegen und die jeweils zumindest eine Gruppe von zumindest zwei parallelen Streifen aus magnetoresistivem Material enthalten,
wobei die Streifen innerhalb einer Gruppe von Streifen in ausgewählten Abständen voneinander entfernt sind,
wobei jeder der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren Leiter aufweist, welche die entsprechenden Streifen in Reihe und in Serpentinenweise miteinander verbinden,
wobei die ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren derart betrieben sind, daß auf ihre Verschiebung in bezug auf das zumindest eine magnetische Gitter erste bzw. zweite Ausgangssignale erzeugt werden, welche an den Verbindungsleitern zwischen den genannten Streifen der entsprechenden magnetoresistiven Sensoren abgenommen werden,
und wobei ein Vormagnetisierungsfeld an die ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren unter einer Winkelausrichtung angelegt ist, die entweder parallel oder unter einem Winkel von 45° in bezug auf die Streifen der magnetoresistiven Sensoren verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei jedem der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) die genannten parallelen Streifen derart angeordnet sind, daß zwei benachbarte Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) um ein bestimmtes Vielfaches der Hälfte einer Wellenlänge ( λ ) voneinander entfernt sind,
daß jede Gruppe (48) von Streifen (28, 28′) des ersten magnetoresistiven Sensors (44) in bezug auf eine entsprechende Gruppe (48′) von Streifen (28′′, 28′′′) des zweiten magnetoresistiven Sensors (44′) derart festliegt, daß zwischen den betreffenden Gruppen von Streifen ein relativer Abstand vorhanden ist, der nahezu gleich einem bestimmten Bruchteil der genannten Wellenlänge ist
und daß eine Ausrichtung von Ende zu Ende, von Seite zu Seite, eine verschachtelte oder von einer gemeinsamen Mitte ausgehende Ausrichtung vorhanden ist,
daß die Kombination des Vormagnetisierungsfeldes (H _B) und des Abstands zwischen den magnetoresistiven Sensoren derart wirksam ist, daß eine relative Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Ausgangssignalen von wesentlich weniger als 180°C erzeugt wird,
und daß die Streifen der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren parallel zu einem schrägen Winkel ( Φ ) verlaufen, unter dem Teilungen (58) der magnetischen Domänen des magnetischen Gitters (24) relativ zu der Wellenlänge des magnetischen Gitters schräg verlaufen, derart, daß die effektive Breite des betreffenden Gitters vergrößert ist.

2. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung der Gruppen (48, 48′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) von Ende zu Ende in Richtung der genannten Wellenlänge gegeben ist,
daß die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) gegenseitig parallel verlaufen,
daß zwischen benachbarten Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) innerhalb ein und derselben Gruppe ein Zwischenstreifenabstand vorhanden ist, der durch λ/2 festgelegt ist,
daß zwischen entsprechenden Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) in unterschiedlichen Gruppen ein und desselben Sensors ein Abstand vorhanden ist, der gegeben ist durch und daß zwischen entsprechenden Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) in entsprechenden Gruppen der verschiedenen Sensoren ein Abstand vorhanden ist, der durch gegeben ist, wobei n = 1, 2, 3 . . . und m eine ganze Zahl bedeuten.

3. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seite-an-Seite-Beziehung der genannten Gruppen (48, 48′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) quer zur Wellenlängenrichtung verläuft,
daß die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) gegenseitig parallel verlaufen,
daß zwischen benachbarten Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) innerhalb ein und derselben Gruppe ein Zwischenstreifenabstand vorhanden ist, der durch λ festgelegt ist,
daß zwischen entsprechenden Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) in unterschiedlichen Gruppen ein und desselben Sensors ein Abstand vorhanden ist, der durch m + λ/2 festgelegt ist,
und daß zwischen entsprechenden Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) in entsprechenden Gruppen unterschiedlicher Sensoren ein Abstand vorhanden ist, der durch festgelegt ist, wobei m eine ganze Zahl ist und Null sein kann.

4. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verschachtelungsbeziehung der Gruppen (48, 48′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) in einer Vielzahl vorgesehen sind,
daß die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) gegenseitig parallel verlaufen
und daß die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) jeweils derart in Reihe geschaltet sind, daß zumindest eine U-förmige Schleife gebildet ist,
wobei die zumindest eine U-förmige Schleife des ersten magnetoresistiven Sensors (44) mit zumindest einer U-förmigen Schleife des zweiten magnetoresistiven Sensors (44′) verschachtelt ist.

5. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verschachtelungsbeziehung der Gruppen (48, 48′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) zwischen benachbarten Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) innerhalb ein und derselben Gruppe ein Zwischenstreifenabstand vorhanden ist, der durch bestimmt ist,
und daß die ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren um λ/4 voneinander versetzt sind, wobei n eine ganze Zahl ist.

6. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß n für benachbarte Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) innerhalb ein und derselben Gruppe (48, 48′) beider erster und zweiter magnetoresistiver Sensoren (44, 44′) abwechselnd zwei und vier ist.

7. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Beziehung, bei der die Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) von einer gemeinsamen Mitte ausgehen, die betreffenden Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′) und die Teilungen (58) der Domänen des magnetischen Gitters (24′′) längs Radien einer drehbaren Scheibe (68) angeordnet sind
und daß das Vormagnetisierungsfeld (H _B) unter einem Winkel ( R ) relativ zu den Radien der betreffenden Scheibe (68) ausgerichtet ist.

8. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vielzahl von Streifen (28, 28′, 28′′, 28′′′), die in zumindest einem der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) auftreten, zumindest zwei Streifen enthält, die so nahe beieinander vorgesehen sind, daß sie nahezu gleich durch einen einzigen Teil des magnetischen Gitters (24) beeinflußt sind,
und daß die zumindest beiden Streifen in einem der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) die eine U-förmige Schleife bilden, die mit der U-förmigen Schleife in dem anderen der ersten und zweiten magnetoresistiven Sensoren (44, 44′) verschachtelt ist.

9. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormagnetisierungfeld (H _B) eine Richtung ( R ) aufweist, die parallel zu dem schrägen Winkel ( Φ ) verläuft.

10. Magnetwiderstands-Verschiebewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormagnetisierungsfeld (H _B) eine Richtung ( R ) aufweist, die unter einem Winkel von etwa 45° zu dem genannten schrägen Winkel ( Φ ) verläuft.