JP2000180521A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出
力の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサおよび
その駆動回路を提供すること。 【解決手段】 該磁気コアの両端に高周波の正弦波電流
を印加する発振回路３０と、該発振回路３０と該薄膜磁
気インピーダンス素子３２の磁気コア１との間に設けら
れ、発振回路３０の出力インピーダンスと薄膜磁気イン
ピーダンス素子３２の入力インピーダンスのミスマッチ
を調整するバッファ回路３１と、該磁気インピーダンス
素子３２に印加された外部磁界に応じて変化する高周波
電流の変化量から外部磁界の磁気変化量を検出する検波
回路３８と、磁気インピーダンス素子３２のヒステリシ
スを解消するヒステリシスキャンセル回路４１と、を具
備する磁気センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサに関し、
特に高感度磁気センサである磁気インピーダンスセンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の情報機器や計測・制御機器の急速
な発展にともない小型・低コストで高感度・高速応答の
磁気センサの要求がますます大きくなっている。たとえ
ば、コンピュータの外部記憶装置のハードディスク装置
ではバルクタイプの誘導型磁気ヘッドから薄膜磁気ヘッ
ド、磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッドと高性能化が進んでき
ており、モーターの回転センサであるロータリーエンコ
ーダではマグネットリングの磁極数が多くなり従来用い
られている磁気抵抗効果（ＭＲ）センサに変わり微弱な
表面磁束を感度良く検出できる磁気センサが必要となっ
てきている。また、非破壊検査や紙幣検査に用いること
ができる高感度センサの需要も大きくなっている。さら
に小型軽量の自動車用方位センサ、高精細カラーテレビ
やパーソナルコンピュータの表示管のアクティブ磁気シ
ールド用センサなどの需要も高くなっている。

【０００３】現在用いられている代表的な磁気検出素子
として誘導型再生磁気ヘッド、磁気抵抗効果（ＭＲ）素
子、フラックスゲートセンサ、ホール素子等がある。ま
た、最近、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効
果（特開平６−１７６９３０号公報、特開平７−１８１
２３９号公報、特開平７−３３３３０５号公報参照）や
磁性薄膜の磁気インピーダンス効果（特開平８−７５８
３５号公報、日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，５５３
（１９９６）参照）を利用した高感度の磁気センサが提
案されている。

【０００４】誘導型再生磁気ヘッドはコイル巻線が必要
であるため磁気ヘッド自体が大型化し、また、小型化す
ると磁気ヘッドと媒体の相対速度が低下して検出感度が
著しく低下するという問題がある。これに対して、強磁
性膜による磁気抵抗効果（ＭＲ）素子が用いられるよう
になってきた。ＭＲ素子は磁束の時間変化ではなく磁束
そのものを検出するものであり、これにより磁気ヘッド
の小型化が進められてきた。しかし、現在のＭＲ素子の
電気抵抗の変化率は約２％であり、また、スピンバルブ
素子を用いたＭＲ素子でさえ電気抵抗の変化率が最大６
％以下と小さく、また数％の抵抗変化を得るのに必要な
外部磁界は１６００Ａ／ｍ以上と大きい。従って磁気抵
抗感度は０．００１％（Ａ／ｍ）以下の低感度である。
また、最近、磁気抵抗変化率が数１０％を示す人工格子
による巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が見いだされてき
た。しかし数１０％の抵抗変化を得るためには数万Ａ／
ｍの外部磁界が必要であり、磁気センサとしての実用化
はされていない。

【０００５】従来の高感度磁気センサであるフラックス
ゲートセンサはパーマロイ等の高透磁率磁心の対称なＢ
−Ｈ特性が外部磁界によって変化することを利用して磁
気の測定を行うものであり、高分解能と±１°の高指向
性を持つ。しかし、検出感度をあげるために反磁界の少
ない大型の磁心を必要としセンサ全体の寸法を小さくす
ることが難しく、また、消費電力が大きいという問題点
を持つ。

【０００６】ホール素子を用いた磁界センサは電流の流
れる面に垂直に磁界を印加すると、電流と印加磁界の両
方向に対して垂直な方向に磁界が生じてホール素子に起
電力が誘起される現象を利用したセンサである。ホール
素子はコスト的には有利であるが磁界検出感度が低く、
また、ＳｉやＧａＡｓなどの半導体で構成されるため温
度変化に対して半導体内の格子の熱振動による散乱によ
って電子、または正孔の移動度が変化するため磁界感度
の温度特性が悪いという欠点を持つ。

【０００７】特開平６−１７６９３０号公報、特開平７
−１８１２３９号公報、特開平７−３３３３０５号公報
に記載されているように、磁気インピーダンス素子が提
案され大幅な磁界感度の向上を実現している。この磁気
インピーダンス素子は時間的に急激に変化する電流を磁
性線に印加することによって生じる表皮効果を利用した
円周磁束の時間変化に対する電圧のみを外部印加磁界に
よる変化として検出することを基本原理としている磁気
インピーダンス素子である。磁性線としてＦｅＣｏＳｉ
Ｂ等の零磁歪の直径３０μｍ程度のアモルファスワイヤ
（線引後、張力アニールしたワイヤ）が用いられてお
り、長さ１ｍｍ程度の微小寸法のワイヤでも１ＭＨｚ程
度の高周波電流を通電するとワイヤの電圧の振幅がＭＲ
素子の１００倍以上である約０．１％（Ａ／ｍ）の高感
度で変化する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】磁気センサとして、小
型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出力の直線性、
温度特性に優れた高感度磁気センサが求められており、
アモルファスワイヤの磁気インピーダンス効果を利用し
た磁気センサは高感度の磁界検出特性を示す。また、特
開平６−１７６９３０号公報、特開平６−３４７４８９
号公報に示されるものにおいてはバイアス磁界を加える
ことによりインピーダンス変化の印加磁界依存性の直線
性が改善されること、およびアモルファスワイヤに負帰
還コイルを巻き、アモルファスワイヤの両端の電圧に比
例した電流をコイルに通電し負帰還を施すことにより、
直線性の優れた磁気センサを提供できることが示されて
いる。

【０００９】しかしながら特開平６−１７６９３０号公
報には発振回路や検波回路を含む駆動回路にはふれてお
らず、また、特開平６−３４７４８９号公報では発振回
路として一対のスイッチングトランジスタを用いたマル
チバイブレータとローパスフィルタの組み合わせを提案
している。また、電気学会論文誌１９９６年１２月号に
掲載されている論文“Ｃ−ＭＯＳマルチバイブレータ発
振形アモルファスワイヤＭＩマイクロ磁界センサ”によ
ると低消費電力化のためにＣ−ＭＯＳでは、磁気インピ
ーダンス素子がインダクタンス成分であることから抵抗
と微分回路を構成し、実際に磁気インピーダンスに供給
される高周波電流はトランジスタ及びＣ−ＭＯＳマルチ
バイブレータにより発生されたパルス波の微分波形とな
り、パルス波より高い周波数となる。この微分波形の周
波数は磁気インピーダンス素子の抵抗成分とインダクタ
ンス成分により決まるため磁気インピーダンス素子の磁
気インピーダンスが最も大きな変化率を示す適正周波数
に設定することが難しくなる。

【００１０】高周波電流を発生させる回路を直接、磁気
インピーダンス素子に接続すると磁気インピーダンス素
子のインピーダンスが小さいため、極端に振幅が小さく
なり、磁気−インピーダンス変化を十分に引き出せな
い。

【００１１】特開平８−７５８３５号公報に記載されて
いるものでは磁気薄膜を用いた磁気インピーダンス素子
を提案し、素子の小型化をはかっているが、発振回路と
してスイッチングトランジスタを用いたマルチバイブレ
ータであり、磁気−インピーダンス変化を最大に引き出
すことは難しい。本発明は上記事情を鑑みてなされたも
のであり、小型で低コスト、かつ、検出磁界に対する出
力の直線性、温度特性に優れた高感度磁気センサ、およ
び、その駆動回路を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記のごとき本発明の目
的を達成するために、本願の請求項１に係る発明では、
導電性を有する磁気コアの周囲に絶縁体を介して負帰還
コイルとバイアスコイルを巻回した薄膜磁気インピーダ
ンス素子を用いた磁気センサにおいて、該磁気コアの両
端に高周波電流を印加する発振回路と、該発振回路と該
薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コアとの間に設けら
れ、発振回路の出力インピーダンスと薄膜磁気インピー
ダンス素子の入力インピーダンスのミスマッチを調整す
るバッファ回路と、該磁気インピーダンス素子に印加さ
れた外部磁界に応じて変化する高周波電流の変化量から
外部磁界の磁気変化量を検出する検波回路と、磁気イン
ピーダンス素子のヒステリシスを解消するヒステリシス
キャンセル回路と、を具備することを特徴とする磁気セ
ンサを提供する。本願の請求項２に係る発明では、請求
項１に係る発明において、上記発振回路はＣ−ＭＯＳと
発振子、およびローパスフィルタから構成される正弦波
発生器であることを特徴とする磁気センサを提供する。
本願の請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明に
おいて、上記発振回路はトランジスタと発振子から構成
されるカスコード型コルピッツ発振器で構成される発振
器であることを特徴とする磁気センサを提供する。本願
の請求項４に係る発明では、請求項１に係る発明におい
て、上記バッファ回路は単電源で動作するプッシュブル
回路から構成されるインピーダンス変換回路であること
を特徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項５に
係る発明では、請求項１に係る発明において、上記検波
回路は検波ダイオードに一定電流を流し、正の半波整流
回路と平滑回路で検波した信号と負の半波整流回路と平
滑回路の検波した信号による差信号検出を有することを
特徴とする磁気センサを提供する。本願の請求項６に係
る発明では、請求項１に係る発明において、上記のヒス
テリシスレス回路は発振器で構成される磁気インピーダ
ンス素子のヒステリシスをキャンセルすることを特徴と
する磁気センサを提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による各実施の形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る磁気
インピーダンス（ＭＩ）素子を用いた薄膜ＭＩセンサの
構造を模式的に示した正面図、図２は図１のＡ−Ｂ線に
沿って切断した断面図であり、図３は図１のＣ−Ｄ線に
沿って切断した断面図である。実際の薄膜ＭＩセンサ全
体は薄膜セラミックス板、ガラス板のような板状体の上
に形成されているが、図１ではこれを省略して示してい
る。図１、図２及び図３において、１は平面形状が長方
形の薄板状に形成された薄膜磁気コアとしてのＭＩセン
サ板である。このＭＩセンサ板としての薄膜磁気コアの
形状は、幅２０μｍ、厚さ５μｍ、長さ５００μｍであ
る。該ＭＩセンサ板１の周囲には、絶縁物層２、３を介
して、バイアスコイル４と負帰還コイル５が同一方向に
且つ交互に巻回されている。図には正確に示してはいな
いが、これらコイルの巻数は、それぞれ２０ターンであ
る。バイアスコイル４の両端には、バイアスコイル端子
６、７が接続され、負帰還コイル５の両端には、負帰還
コイル端子８、９が接続されている。ＭＩセンサ板１の
両端には、ＭＩセンサ端子１０、１１が接続されてい
る。これら端子はＡｕ金属薄膜から成り、先端の巾広部
は、外部配線用のパッドとなる。なお、１２は、ＭＩセ
ンサ全体を覆う絶縁保護膜である。

【００１４】次に、作成した薄膜ＭＩセンサの特性につ
いて述べる。ここで薄膜磁気コアの寸法は幅２０μｍ、
厚さ５μｍ、長さ５００μｍであり、バイアス用、負帰
還用コイルは同一面上に交互に巻き回されており、その
巻き数はそれぞれ２０ターンである。バイアス用、負帰
還用コイルを同一面上に交互に薄膜磁気コアに巻き回す
構造により磁気コアの各部位に均等にバイアス磁界、お
よび負帰還磁界を加えることができ磁気センサとしての
感度特性が向上する。

【００１５】図４は薄膜磁気コアをＮｉＦｅめっきで作
製したときの薄膜磁気センサにセンサの長さ方向に０お
よび７２０Ａ／ｍの磁界（Ｈｅｘ）を印加したときのセ
ンサ両端電極Ｅ（Ｅ＝Ｚ＊Ｉ）の通電電流周波数特性で
ある。Ｈｅｘ＝０のときとＨｅｘ＝７２０Ａ／ｍのとき
のＥの差 Ｅ／Ｅ（％）を図１１で示してあり、通電電
流の周波数は２０ＭＨｚ付近で最大であった。図５は通
電電流周波数を２０ＭＨｚとしたときのインピーダンス
の変化率の印加磁界（Ｈｅｘ）依存性を示したものであ
る。印加磁界を大きくしていくとインピーダンスの変化
率 Ｚ／ＺＯは大きくなり、素子の異方性磁界Ｈｋのと
ころで Ｚ／ＺＯは最大となり、さらにＨｅｘ＞Ｈｋで
は Ｚ／ＺＯは小さくなっていく。また、単位印加磁界
あたりのインピーダンスの変化量（磁界感度）はＨｅｘ
＝４００Ａ／ｍ前後で最大となり０．０８％（Ａ／ｍ）
の磁界感度を示した。

【００１６】図６は本発明の磁気センサの回路構成を示
すブロック図である。本発明に係る磁気センサは発振回
路３０、薄膜磁気インピーダンス素子３２と発振回路３
０とのインピーダンスマッチングをとるためのバッファ
回路３１、負帰還コイル３３およびバイアスコイル３４
を持つ磁気インピーダンス素子３２、整流回路３５、平
滑回路を含むローパスフィルタ３６、差動回路３７から
なる検波回路３８、増幅回路３９、負帰還抵抗４０及
び、ヒステリシスキャンセル回路４１から成る。

【００１７】図７は磁気インピーダンス素子３２に高周
波の正弦波電流を通電するための発振回路３０の具体的
な回路図である。この発振回路３０は、水晶発振子又は
セラミック発振子などからなる発振子４２によるＣ−Ｍ
ＯＳ発振回路を用いた発振部４３であり、周波数が発振
子４２によって決まるため、周波数安定度が高く、振幅
が安定している（振幅＝Ｖｃｃ）低消費型の発振回路で
ある。Ｃ−ＭＯＳ発振出力後にローパスフィルタ４４を
通過させる為、図８に示すような安定した正弦波が得ら
れ、磁気−インピーダンス効果が最大に得られる周波数
に設定できる。ローパスフィルタ４４は安価なＬＣフィ
ルタを使用した。また、チェビシェフ型ローパスフィル
タで示したが、バタワース型ローパスフィルタでも良
い。

【００１８】図９はＣ−ＭＯＳ発振回路のみからなる発
振部４３の出力を磁気インピーダンス素子３２に高周波
を通電する回路である。この回路は、前記電気学会論文
誌１９９６年１２月号に掲載されている論文“Ｃ−ＭＯ
Ｓマルチバイブレータ発振形アモルファスワイヤＭＩマ
イクロ磁界センサ”に示される回路とＣ−ＭＯＳ発振形
態（ＲＣ発振）が異なるが、図１０と同じパルス波が生
じる。パルス波による高周波通電の欠点は図９のように
磁気インピーダンス素子３２がインダクタンス分に相当
するため、抵抗（Ｒ１０）とのハイパスフィルタを形成
する。そのため、パルス波Ｖｃが微分波形Ｖｍになり
（図１０）、高周波通電周波数が高域に移行する。図４
を基に周波数とインピーダンス素子による変化率を求
め、これを図１１に示す。図１１の薄膜磁気インピーダ
ンス素子による周波数特性を例にとると磁気−インピー
ダンス特性が最大になる周波数は２０ＭＨｚ（５０ｎ
ｓ）である。

【００１９】この周波数パルスを薄膜磁気−インピーダ
ンス素子に印加して高周波通電を行う。薄膜磁気インピ
ーダンス素子に印加した高周波通電パルス波は図１０の
ような微分波形で出力され、周波数が２００ＭＨｚ（５
ｎｓ）に移行する。薄膜磁気インピーダンスセンサによ
る２００ＭＨｚにおける磁気−インピーダンス変化率は
図１１のグラフよりほとんど変化しないことがわかる。
この問題点の解決方法として上記で図７で示した回路の
ように高周波通電のパルス波をローパスフィルタに通し
て高周波成分を排除して正弦波を作り出すことで解決で
きる。

【００２０】図１２はエミッタ接地で構成されたコルピ
ッツ発振回路とベース接地で構成された増幅器をカスコ
ード接続した回路である。この回路の利点はミラー効果
の影響を排除できるため、発振部に対する負荷変動の影
響を極力抑え、安定した発振が供給できる。また、周波
数特性も改善できる利点もある。

【００２１】図１３にバッファ回路３１の詳細を示す。
バッファ回路３１は磁気インピーダンス素子３２と高周
波通電させる発振回路３０の出力を損失させることな
く、磁気インピーダンス素子３２に供給する回路であ
る。たとえば、薄膜磁気インピーダンス素子では２０Ｍ
Ｈｚにおけるインピーダンスが５Ωである。Ｒ１０を１
０Ωにすると負荷が１５Ωになる。これをバッファ回路
３１なしで発振部４３と接続させると負荷が大きいた
め、薄膜磁気インピーダンスに出力する電圧が数十ｍＶ
Ｐ−Ｐになり、図１５において詳細に示された整流回路
３５においてダイオードＤ３の順方向電圧（２００ｍＶ
程度）より、低くなり、検出できなくなる。

【００２２】それを解決するため磁気インピーダンス素
子３２と発振回路３０の間にバッファ回路３１を挿入す
る。バッファ回路３１の入力段のトランジスタはエミッ
タフォロワ、出力段のトランジスタはダーリントン接続
（Ｔｒ４とＴｒ６，Ｔｒ３とＴｒ５）によるプッシュブ
ル回路を構成しており、トランジスタの出力インピーダ
ンスを数Ω以下にしている。そしてＲ８，Ｒ９を１Ω以
下にすれば、バッファ回路３１の出力インピーダンスは
負荷のインピーダンスと比較して無視できる程度にな
り、発振回路３０による高周波通電出力を損失なく供給
できる。

【００２３】また、バッファ回路３１のダイオードＤ
１，Ｄ２はトランジスタの温度特性の補正用である。図
１３において温度によるトランジスタのベース−エミッ
タ電圧変化を ＶＢＥとする。バッファ回路においてダ
イオードＤ１，Ｄ２を挿入しない場合、図１３に示す式
（１）、（２）により、 ＶＢＥ分だけトランジスタの
電圧が変化することがわかる。一般に ＶＢＥは−２．
２ｍＶ／℃で変化するため、図１４のように温度が高く
なるにつれてトランジスタのコレクタ電流Ｉｃが流れる
ようになり、最終的にはなだれ現象が生じ、トランジス
タを破損する。

【００２４】この解決方法としてＴｒ２（Ｔｒ１）とＴ
ｒ４（Ｔｒ３）の間にトランジスタと温度変化が同じダ
イオードを挿入し、温度による電圧変化をキャンセルす
ることができる。それが図１３に示す式（３）、（４）
である。これより、温度特性の良い、バッファ回路に仕
上がった。また、抵抗Ｒ１とＲ２でバイアス電圧を浮か
せることで単電源で動作可能となる。

【００２５】図１５は磁気インピーダンス素子３２の高
周波通電出力をＤＣ電圧に変換する回路である。磁気−
インピーダンス素子３２から出力された信号は検波ダイ
オードＤ３、Ｄ４を通って整流され、平滑化される。た
だし、検波ダイオードに一定電流を流しているため、平
滑コンデンサＣ１１がない場合の波形は、図１６に示す
ように、−Ｖｅ’のような波形となり、ダイオード電圧
Ｖｄ分だけシフトする。Ｃ１１を加えることで＋Ｖｅ波
形となり、負側が検出される。同様に正の検波側ではＣ
１０がない場合、−Ｖｄ分だけシフトした＋Ｖｅ’のよ
うな波形となる。Ｃ１０で平滑することで−Ｖｅ波形と
なり、正側が検出される。

【００２６】正負に検出された波形はオペアンプ４５で
差動検出し、増幅される。ところで、検波ダイオードＤ
３，Ｄ４に一定電流を流すことで検波電圧が大いに向上
した。通常、図１７のように検波ダイオードは抵抗を通
してＧＮＤに接地される。このときのオペアンプの出力
をグラフにすると図１８（ｂ）のように２次曲線を示
す。この曲線はダイオードの順方向電圧特性による影響
であり、これを排除するため、検波ダイオードに一定電
流を流した（図１５）。この特性は図１８（ａ）とな
り、入力電圧が小さいときでも一定の割合で検出でき、
入力電圧の１．２倍の変化を示した。検波ダイオードを
ＧＮＤに接地した場合では入力電圧を６００ｍＶＰ−Ｐ
から８００ｍＶＰ−Ｐと２００ｍＶ変化させた場合、１
５０ｍＶの変化量しか得られず、入力電圧に対して、
０．７５倍しか検出できない。つまり、検波ダイオード
に一定電流を流すことで検出感度は高くなった。また、
ＧＮＤからダイオードを浮かせることで正側のみで検波
可能となり、オペアンプ電源を単電源で動作可能となっ
た。

【００２７】磁気インピーダンス素子の外部磁界による
変化量の傾きは図５で示すように４００Ａ／ｍ（？数値
のご確認をお願いします）で最大となる。従って使用時
は図２２のように磁気ーインピーダンス特性で最大に変
化する箇所に動作点を移動させる。そのため、バイアス
コイルに一定電流を流すことで磁界を発生させ、動作点
を移動させる。

【００２８】磁気インピーダンス素子にヒステリシスが
ある場合、外部磁界の大きさによって動作点の傾きが変
わってしまい、安定した検出ができない。それを図１９
で説明すると磁気インピーダンス素子が動作点の使用範
囲（傾きａ）内で使用している場合は検出電圧が大きく
移動することはないが、大きい負の外部磁界が入った場
合、ヒステリシスの影響により、傾きｂで磁気を検出す
ることになり、検出電圧が大きく変わってしまう。

【００２９】これを排除するため、図２０のようにバイ
アスコイルに動作点を移動させるための電圧Ｖａ上にパ
ルスを印加する。パルスを印加する事で図１９、２１の
ようにヒステリシスがないリセット点まで移動させ、瞬
間的にヒステリシスを排除する。また、パルスを作り出
す方法として、図２２に示すように、発振ＩＣを用いて
一定周期で、一定幅のパルスを作り出しトランジスタＴ
ｒで磁気インピーダンス素子のバイアスコイルに印加さ
せる。これはトランジスタによる無安定マルチバイブレ
ータでもＣＭＯＳによるＣ、Ｒ発振でも可能である。実
際に薄膜磁気インピーダンス素子を用いた磁気−インピ
ーダンス特性を図２３，２４に示す。図２３はバイアス
コイルに電流を流し、動作点を移動させ、外部磁界を印
加したときのインピーダンス特性である。バイアスコイ
ルにパルス幅４００ｎｓ、１５ｍＡのパルスを加えると
図２４のグラフに示す通り、ヒステリシスがほぼ、解消
されていることがわかる。

【００３０】図２５は本発明より提案された駆動回路を
用い、バイアスコイル、及び、負帰還コイルを持つ薄膜
磁気インピーダンス素子を用いて作成したリニア磁気セ
ンサの一例である。磁気センサとして用いるときは最大
感度のところに動作点を持ってくることによりセンサ感
度を向上することができる。このため、バイアスコイル
に電流を流すことによりバイアス磁界を加え動作点を変
えることができ、３２０Ａ／ｍのバイアス磁界を薄膜コ
イルを用いて磁気コアに印加することにより磁界０Ａ／
ｍのところに磁界感度が最大になるようにした。

【００３１】一方、バイアスコイルを用いて印加磁界０
Ａ／ｍに最大感度を持ってくるように動作点を移動した
場合、磁界に対するインピーダンスの変化（出力の変
化）の直線性はあまり良くない。この直線性を改善する
方法として出力信号をフィードバックし負帰還コイルを
用いて磁界に対する出力の非直線性を補正するだけの磁
界を薄膜磁気コアに負帰還磁界として加えることにより
出力信号を補正し直線性を得る方法がとられる。また、
負帰還によってある程度ヒステリシスは改善できるが完
全になくす方法として上記で記したようにヒステリシス
レスパルスを印加してヒステリシスを排除する。

【００３２】図２５に示されるリニア磁界ＭＩセンサの
電子回路図により、動作点を最大感度の点に移動し、出
力信号をフィードバックし、薄膜コアに負帰還磁界を加
え、ヒステリシスを排除することで感度特性の直線性を
高めている。ヒステリシスパルスを印加することで出力
が不安定になると考えられるが、パルス幅、パルス振幅
をオペアンプの周波数特性以上に設定することでローパ
スフィルターとなり、ヒステリシスパルスの影響を受け
ない。また、出力にヒステリシスパルスを印加したとき
出力されないようにトランジスタ等でスイッチングし、
積分回路を通して出力する方法もある。図２６は図２５
に示す回路を用いてバイアスコイル磁界３２０Ａ／ｍ、
負帰還率４０％の負帰還をかけたときの磁気センサの印
加磁界に対する出力電圧の関係を示したものである。こ
こで通電電流の周波数は５０ＭＨｚである。図２６に示
すように±８０Ａ／ｍの測定磁界内で優れた直線性を示
した。これらの結果はリニア磁界センサとして良好な特
性である。

【００３３】以上、本発明を上述の実施の形態により説
明したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が
可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排
除するものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の請求
項１に係る発明では、磁気インピーダンス素子に印加す
る高周波通電電流を安定的に供給できる回路を簡単に構
成できる。また、複合素子としての磁気センサを供給で
き、正弦波を磁気インピーダンス素子に入力できること
で特性を最大限に引き出すことが可能となる。そして、
発振器と磁気インピーダンスセンサの間にバッファ回路
を設けることにより、磁気インピーダンスセンサのイン
ピーダンスの影響を排除でき、発振器の出力を損失な
く、供給できる。検出回路においては整流回路と平滑回
路を用い、検波ダイオードに一定電流を流すことによ
り、入力振幅が小さい場合でも磁気インピーダンス素子
の出力をＤＣ信号に高感度で変換できる。また、それを
差動回路で検出することで磁気インピーダンスセンサの
変化量を正側だけでなく負側からも変検できる。また請
求項６に係る発明共々、磁気インピーダンス素子のヒス
テリシスを排除するため、ヒステリシスレス回路を追加
することで安定した磁気検出が可能となる。これらすべ
ての回路を単電源で動作させることにより、負電源がい
らなくなるメリットもある。

【００３５】また、請求項２又は請求項３に係る発明で
は、請求項１に係る発明の効果に加えて、安定性が高い
発振器を用いているので、高精度の磁気検知を行うこと
が出来る。請求項４に係る発明では、請求項１に係る発
明の効果に加えて、温度特性の良いインピーダンス変換
を行うことが出来、安定した高精度の磁気検知を行うこ
とが出来る。請求項５に係る発明では、請求項１に係る
発明の効果に加えて、正負の検波信号による差信号を用
いているので、高感度の磁気検知を行うことが出来る。
総体的に、本願発明は、小型で低コスト、かつ、検出磁
界に対する出力の直線性、温度特性に優れた高感度磁気
センサおよびその駆動回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に用いる薄膜磁気インピーダン
ス素子の構造を模式的に示した正面図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ｂ線に沿って切断した断面
図である。

【図３】図３は、図１のＣ−Ｄ線に沿って切断した断面
図である。

【図４】図４は、薄膜磁気インピーダンス素子の通電電
流周波数特性図である。

【図５】図５は、薄膜磁気インピーダンス素子のインピ
ーダンス変化率特性図である。

【図６】図６は、本発明に係る磁気センサのブロック図
である。

【図７】図７は、発振部とローパスフィルタのブロック
図である。

【図８】図８は、発振部とローパスフィルタ通過後の出
力波形図である。

【図９】図９は、薄膜磁気インピーダンス素子を中心と
した主要部の回路図である。

【図１０】図１０は、図９に示す回路の出力波形図であ
る。

【図１１】図１１は、薄膜磁気インピーダンス素子の周
波数特性図である。

【図１２】図１２は、カスコード型コルピッツ発振回路
の回路図である。

【図１３】図１３は、バッファ回路の回路図である。

【図１４】図１４は、トランジスタのエミッターコレク
タ特性図である。

【図１５】図１５は、検波回路の回路図である。

【図１６】図１６は、図１５に示す検出回路の出力波形
図である。

【図１７】図１７は、検波回路と増幅回路の回路図であ
る。

【図１８】図１８は、交流入力電圧に対する検波回路の
検出能力を示す特性図である。

【図１９】図１９は、磁気インピーダンス素子の磁気−
インピーダンス特性を示す特性図である。

【図２０】図２０は、ヒステリシスキャンセル回路に印
加するパルス波形図である。

【図２１】図２１は、磁気インピーダンス素子のＢーＨ
カーブを示す特性図である。

【図２２】図２２は、ヒステリシスキャンセル回路を中
心としたブロック図である。

【図２３】図２３は、従来の磁気センサの磁気ーインピ
ーダンス特性を示す特性図である。

【図２４】図２４は、本発明に係る磁気センサの磁気ー
インピーダンス特性を示す特性図である。

【図２５】図２５は、本発明の磁気センサの総合回路図
である。

【図２６】図２６は、本発明に係る磁気センサの負帰還
率４０％の印加磁界に対する出力電圧の関係を示す特性
図である。

【符号の説明】

１・・・・・ＭＩセンサ板 ２・・・・・絶縁物層 ３・・・・・絶縁物層 ４・・・・・バイアスコイル ５・・・・・負帰還コイル ６・・・・・バイアスコイル端子 ７・・・・・バイアスコイル端子 ８・・・・・負帰還コイル端子 ９・・・・・負帰還コイル端子 １０・・・・・ＭＩセンサ端子 １１・・・・・ＭＩセンサ端子 １２・・・・・絶縁保護膜 ２０・・・・・非磁性基板 ３０・・・・・発振回路 ３１・・・・・バッファ回路 ３２・・・・・磁気インピーダンス素子 ３３・・・・・負帰還コイル ３４・・・・・バイアスコイル ３５・・・・・整流回路 ３６・・・・・ローパスフィルタ ３７・・・・・差動回路 ３８・・・・・検波回路 ３９・・・・・増幅回路 ４０・・・・・負帰還抵抗 ４１・・・・・ヒステリシスキャンセル回路 ４２・・・・・発振子 ４３・・・・・発振部 ４４・・・・・ローパスフィルタ ４５・・・・・オペアンプ

フロントページの続き (72)発明者 湯口 昭代 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社開発技術センタ−内 (72)発明者 加藤 英樹 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社開発技術センタ−内 Ｆターム(参考） 2G017 AA02 AB07 AB08 AC09 AD55 AD65 BA03 BA05 BA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有する磁気コアの周囲に絶縁体
   を介して負帰還コイルとバイアスコイルを巻回した薄膜
   磁気インピーダンス素子を用いた磁気センサにおいて、
   該磁気コアの両端に高周波電流を印加する発振回路と、
   該発振回路と該薄膜磁気インピーダンス素子の磁気コア
   との間に設けられ、発振回路の出力インピーダンスと薄
   膜磁気インピーダンス素子の入力インピーダンスのミス
   マッチを調整するバッファ回路と、該磁気インピーダン
   ス素子に印加された外部磁界に応じて変化する高周波電
   流の変化量から外部磁界の磁気変化量を検出する検波回
   路と、磁気インピーダンス素子のヒステリシスを解消す
   るヒステリシスキャンセル回路と、を具備することを特
   徴とする磁気センサ。
2. 【請求項２】 上記発振回路はＣ−ＭＯＳと発振子、お
   よびローパスフィルタから構成される正弦波発生器であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
3. 【請求項３】 上記発振回路はトランジスタと発振子か
   ら構成されるカスコード型コルピッツ発振器で構成され
   る発振器であることを特徴とする請求項１に記載の磁気
   センサ。
4. 【請求項４】 上記バッファ回路は単電源で動作するプ
   ッシュブル回路から構成されるインピーダンス変換回路
   であることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
5. 【請求項５】 上記検波回路は検波ダイオードに一定電
   流を流し、正の半波整流回路と平滑回路で検波した信号
   と負の半波整流回路と平滑回路の検波した信号による差
   信号検出を有することを特徴とする請求項１に記載の磁
   気センサ。
6. 【請求項６】 上記のヒステリシスレス回路は発振器で
   構成される磁気インピーダンス素子のヒステリシスをキ
   ャンセルすることを特徴とする請求項１に記載の磁気セ
   ンサ。