JP2002286825A - Magnetic sensor - Google Patents

Magnetic sensor

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JP2002286825A
JP2002286825A JP2001091781A JP2001091781A JP2002286825A JP 2002286825 A JP2002286825 A JP 2002286825A JP 2001091781 A JP2001091781 A JP 2001091781A JP 2001091781 A JP2001091781 A JP 2001091781A JP 2002286825 A JP2002286825 A JP 2002286825A
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JP
Japan
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detection
magnetoresistance
pair
magnetoresistive element
circuits
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Application number
JP2001091781A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Furuta
直史 古田
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Panasonic Industrial Devices SUNX Kyushu Co Ltd
Original Assignee
Kyushu Sunx Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor for accurately detecting magnetism without being affected by the change in an ambient temperature or the like, and without causing response speed to be delayed when detecting a small magnetic field. SOLUTION: A magnetoresistance element 15A for reference is provided so that element surfaces are at 900 each other to a magnetoresistance element 15B for detection separately from the magnetoresistance element 15B for detection to prevent influence by magnetism to be detected, thus outputting an oscillation signal with a phase according to the magnetoresistance value of each magnetoresistance element from both the CMOS gates 10A and 10B. As a result, even if the ambient temperature changes, the level of each magnetoresistance value itself of both the magnetoresistance elements 15A and 15B changes even if the ambient temperature changes, the relative difference in both the magnetic resistance values is not affected. Further, the deviation in the phase of an oscillation signal from both the CMOS gates 10A and 10B is detected by a D flip-flop circuit 17, and the detection operation of magnetism is made based on it, thus detecting magnetism with improved sensitivity even if a small magnetic field is to be detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所定方向の磁界が
加わることで磁気抵抗値が変化する磁気抵抗素子を備え
て、その磁気抵抗値の変化に基づいて磁気を検出する磁
気センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor provided with a magnetoresistive element whose magnetoresistance changes when a magnetic field in a predetermined direction is applied, and for detecting magnetism based on the change in the magnetoresistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の磁気センサとして、例え
ば磁気抵抗素子を含めて直流電流回路を構成し、磁気に
よる磁気抵抗素子の磁気抵抗値の変化を電圧信号に変換
して、その電圧信号に基づいて磁気を検出するものがあ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a magnetic sensor of this type, for example, a direct current circuit including a magnetoresistive element is formed, and a change in the magnetoresistive value of the magnetoresistive element due to magnetism is converted into a voltage signal. There is one that detects magnetism based on

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、磁気
記憶装置や磁気計測機器の高性能化に伴い、微小磁界を
精度良く検出する磁気センサの要求が高まっており、そ
のような微小磁界を検出するためには、変換された電圧
信号を増幅度の大きい増幅器で増幅しなくてはならな
い。ところが、増幅度の大きい増幅器を用いれば、それ
だけ増幅器自身により発生するノイズやドリフト、ひい
ては外来電気ノイズ等の影響を受けやすくなり却って検
出精度が低下する結果になるという問題が生じる。ま
た、磁気抵抗素子の磁気抵抗値は周囲温度の変化によっ
ても変化してしまうため、特に微小磁界を検出する場合
の障害となり得る。そこで、これを解決するために、例
えば特開平7-77565号に掲載されたものがある。これ
は、磁気抵抗素子を含めて構成された発振回路を設け
て、その磁気抵抗値の変化分を、発振周波数の変化分と
して検出するものである。しかしながら、微小磁界を検
出するために感度を高めようとすると、計測する単位時
間を長くするか、発振周波数を高くする必要があり、応
答時間が遅くなったり回路の消費電力が大きくなったり
する問題が生じる。
In recent years, as the performance of magnetic storage devices and magnetic measuring devices has become higher, there has been an increasing demand for magnetic sensors that can detect minute magnetic fields with high accuracy. In order to do so, the converted voltage signal must be amplified by an amplifier having a high amplification factor. However, if an amplifier having a high amplification degree is used, there is a problem that the amplifier is more susceptible to noise and drift generated by the amplifier itself, and furthermore, external electrical noise and the like, resulting in a reduction in detection accuracy. In addition, since the magnetoresistance value of the magnetoresistance element also changes due to a change in the ambient temperature, it can be an obstacle particularly when a minute magnetic field is detected. In order to solve this problem, there is, for example, one disclosed in JP-A-7-77565. In this method, an oscillation circuit including a magnetoresistive element is provided, and a change in the magnetoresistance value is detected as a change in the oscillation frequency. However, in order to increase the sensitivity to detect a minute magnetic field, it is necessary to increase the unit time for measurement or increase the oscillation frequency, which causes a problem such as a slow response time and an increase in circuit power consumption. Occurs.

【0004】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、周囲温度等の変化に影響されることな
く、しかも微小磁界の検出において応答速度が遅れるこ
となく正確に磁気を検出することが可能な磁気センサを
提供するところにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to accurately detect magnetism without being affected by changes in ambient temperature or the like, and without delaying response speed in detecting a minute magnetic field. To provide a magnetic sensor capable of performing such operations.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明に係る磁気センサは、所定方向の磁
界が加わることで磁気抵抗値が変化する磁気抵抗素子
と、その磁気抵抗値の変化を所定の信号に変換する変換
手段と、変換手段の出力信号に基づいて検出動作を行う
検出手段とを備えた磁気センサにおいて、検出用として
の磁気抵抗素子に対して、磁気検出方向同士が90度の
角度をなすように配される基準用磁気抵抗素子を設け
て、変換手段は、両磁気抵抗素子をそれぞれ含んで構成
された一対の発振回路で構成し、検出手段は、一対の発
振回路間の発振位相のずれに基づいて検出動作を行うと
ころに特徴を有する。
In order to achieve the above object, a magnetic sensor according to the first aspect of the present invention comprises a magnetoresistive element whose magnetoresistance changes when a magnetic field in a predetermined direction is applied; In the magnetic sensor including a conversion unit that converts a change in the magnetic field into a predetermined signal, and a detection unit that performs a detection operation based on an output signal of the conversion unit, the magnetic detection directions of the magnetic resistance directions are different from each other. Are provided so as to form an angle of 90 degrees, the converting means is constituted by a pair of oscillation circuits each including both magnetoresistive elements, and the detecting means is constituted by a pair of oscillation circuits. It is characterized in that a detection operation is performed based on a difference in oscillation phase between oscillation circuits.

【0006】請求項の2の発明は、請求項1に記載の磁
気センサにおいて、一対の発振回路は、検出用及び基準
用の一対のシュミットインバータ回路と、各シュミット
インバータ回路の出力反転に応じて充放電動作を繰り返
すと共に出力側が各シュミットインバータ回路の入力側
に入力抵抗を介してそれぞれ接続された検出用及び基準
用の一対の充放電回路とでそれぞれ発振動作を行うよう
に構成し、磁気抵抗素子及び基準用磁気抵抗素子が各シ
ュミットインバータ回路にそれぞれ帰還接続されて構成
されているところに特徴を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the magnetic sensor according to the first aspect, the pair of oscillation circuits includes a pair of detection and reference Schmitt inverter circuits and an output inversion of each Schmitt inverter circuit. The charging and discharging operation is repeated, and the output side oscillates with a pair of detection and reference charging and discharging circuits respectively connected to the input side of each Schmitt inverter circuit via an input resistor. It is characterized in that the element and the reference magnetoresistive element are respectively connected by feedback to each Schmitt inverter circuit.

【0007】請求項の3の発明は、請求項1に記載の磁
気センサにおいて、一対の発振回路は、検出用及び基準
用の一対のシュミットインバータ回路と、基準用のシュ
ミットインバータ回路の出力反転に応じて充放電動作を
繰り返すと共に出力側が両シュミットインバータ回路の
入力側に入力抵抗を介してそれぞれ接続された充放電回
路とで発振動作を行うように構成し、基準用磁気抵抗素
子が基準用のシュミットインバータ回路に帰還接続され
ると共に、磁気抵抗素子が基準用のシュミットインバー
タ回路の出力側と検出用のシュミットインバータ回路の
入力側との間に接続されて構成されているところに特徴
を有する。
According to a third aspect of the present invention, in the magnetic sensor according to the first aspect, the pair of oscillation circuits includes a pair of detection and reference Schmitt inverter circuits and an output inversion of the reference Schmitt inverter circuit. The charge / discharge operation is repeated accordingly, and the output side oscillates with the charge / discharge circuits connected to the input sides of both Schmitt inverter circuits via input resistors, respectively. It is characterized in that it is connected back to the Schmitt inverter circuit, and that the magnetoresistive element is connected between the output side of the Schmitt inverter circuit for reference and the input side of the Schmitt inverter circuit for detection.

【0008】[0008]

【発明の作用及び効果】<請求項1の発明>請求項1の
構成によれば、基準用磁気抵抗素子が、その磁気検出方
向を磁気抵抗素子のそれと90度の角度となるように別
途設けられており、それらの磁気抵抗素子を含んで一対
の発振回路が構成されている。ここで、磁気抵抗素子の
磁気検出方向と同一方向の磁界が生じると、磁気抵抗素
子の磁気抵抗値は変化するが、基準用磁気抵抗素子の磁
気抵抗値は変化しない。それに伴って、一対の発振回路
の発振位相にずれが生じ、このずれに基づいて検出手段
において検出動作が行われる。このように、磁気抵抗素
子とは別に、検出すべき磁気に影響されないように配さ
れる基準用磁気抵抗素子を設けて、それらの磁気抵抗値
の差に基づいて検出動作が行われるから、例えば周囲温
度が変化しても所定の範囲内であれば両磁気抵抗素子の
各磁気抵抗値自体の大きさが変化するだけで両磁気抵抗
値の相対的な差には影響が生じない。また、検出手段
は、一対の発振回路の発振位相のずれに基づいて検出動
作を行うから、微小磁界を検出する場合でも、発振周波
数に基づいて検出動作を行う従来の磁気センサのように
応答時間が遅れることはなく、感度良く磁気検出を行う
ことができる。
According to the first aspect of the present invention, the reference magnetoresistive element is separately provided such that its magnetic detection direction has an angle of 90 degrees with that of the magnetoresistive element. And a pair of oscillating circuits is configured including the magnetoresistive elements. Here, when a magnetic field in the same direction as the magnetic detection direction of the magnetoresistive element is generated, the magnetoresistive value of the magnetoresistive element changes, but the magnetoresistive value of the reference magnetoresistive element does not change. Accordingly, a shift occurs in the oscillation phase of the pair of oscillation circuits, and a detection operation is performed by the detection unit based on the shift. As described above, apart from the magneto-resistive elements, the reference magneto-resistive elements arranged so as not to be affected by the magnetism to be detected are provided, and the detecting operation is performed based on the difference between the magneto-resistive values. Even if the ambient temperature changes, if the temperature is within a predetermined range, only the magnitude of each magnetoresistance value of both magnetoresistance elements changes, and the relative difference between the two magnetoresistance values is not affected. Further, since the detecting means performs the detecting operation based on the difference between the oscillation phases of the pair of oscillating circuits, even when detecting a very small magnetic field, the response time is the same as the conventional magnetic sensor which performs the detecting operation based on the oscillating frequency. Is not delayed, and magnetic detection can be performed with high sensitivity.

【0009】<請求項2の発明>請求項2の構成によれ
ば、各充放電回路は、各シュミットインバータ回路の出
力反転に応じて充放電を繰り返し、その充放電レベルの
電圧信号はシュミットインバータ回路に生じるヒステリ
シスの上下限値間の擬似三角波として各シュミットイン
バータ回路の入力側に与えられる。ここで、各シュミッ
トインバータ回路にはそれぞれ基準用磁気抵抗素子及び
磁気抵抗素子が帰還接続されている。この各発振回路の
作用を一例の回路図1を参照して説明すると、例えば帰
還接続された磁気抵抗素子1の磁気抵抗値が無限大であ
る(磁気抵抗素子が帰還接続されていない)場合には、
シュミットインバータ回路2の入力インピーダンスが非
常に高いためにその入力側Vinには充放電回路3の充放
電レベルと同等の電圧信号が与えられる。これにより充
放電回路3の出力側Vcの電圧レベルの上下限値(Vcmin,
Vcmax)は、シュミットインバータ回路2のヒステリシス
の上下限値(Vhmin,Vhmax)に一致する。ここで、磁気抵
抗素子1の磁気抵抗値を所定の有限値した場合には、シ
ュミットインバータ回路2の出力反転に伴い、磁気抵抗
素子1を介して入力抵抗4にも電流が流れることにな
る。これによりシュミットインバータ回路2の入力側V
inに、充放電回路3の放電時には出力側Vcの電圧V1か
ら入力抵抗4における電圧降下分の分担電圧Vrを差し引
いた電圧信号(Vc-Vr)が与えられ、充電時には出力側Vc
の電圧V1と入力抵抗4の分担電圧Vrの合計電圧信号(Vc+
Vr)が与えられることになる。このことは、充放電回路
3が上述した上下限値(Vcmin,Vcmax)にそれぞれ到達前
にシュミッタインバータ回路2が反転動作を行うことを
意味する。このような構成であれば、シュミットインバ
ータ回路の出力信号の位相を磁気抵抗素子の磁気抵抗値
に応じて変化させることが可能になる。
According to a second aspect of the present invention, each charging / discharging circuit repeats charging / discharging in accordance with the output inversion of each Schmitt inverter circuit, and the voltage signal of the charging / discharging level is a Schmitt inverter. The pseudo triangular wave between the upper and lower limit values of the hysteresis generated in the circuit is provided to the input side of each Schmitt inverter circuit. Here, a reference magnetoresistive element and a magnetoresistive element are feedback-connected to each Schmitt inverter circuit. The operation of each of the oscillation circuits will be described with reference to an example circuit diagram 1. For example, when the magnetoresistance value of the magnetoresistance element 1 connected in feedback is infinite (the magnetoresistance element is not connected in feedback). Is
Since the input impedance of the Schmitt inverter circuit 2 is very high, a voltage signal equivalent to the charge / discharge level of the charge / discharge circuit 3 is given to the input side Vin. As a result, the upper and lower limits of the voltage level of the output side Vc of the charge / discharge circuit 3 (Vcmin,
Vcmax) coincides with the upper and lower limit values (Vhmin, Vhmax) of the hysteresis of the Schmitt inverter circuit 2. Here, when the magnetoresistance value of the magnetoresistance element 1 has a predetermined finite value, a current also flows through the input resistance 4 via the magnetoresistance element 1 with the output inversion of the Schmitt inverter circuit 2. Thus, the input side V of the Schmitt inverter circuit 2
in is supplied with a voltage signal (Vc-Vr) obtained by subtracting a shared voltage Vr corresponding to a voltage drop in the input resistor 4 from the voltage V1 of the output side Vc when the charging / discharging circuit 3 discharges.
Voltage V1 and the shared voltage Vr of the input resistor 4 (Vc +
Vr). This means that the Schmitter inverter circuit 2 performs the inverting operation before the charge / discharge circuit 3 reaches the above-described upper and lower limit values (Vcmin, Vcmax). With such a configuration, it becomes possible to change the phase of the output signal of the Schmitt inverter circuit according to the magnetic resistance value of the magnetic resistance element.

【0010】<請求項3の発明>請求項3の構成によれ
ば、検出用のシュミットインバータ回路の入力側にも、
基準用のシュミットインバータ回路の出力反転に応じて
充放電を繰り返す充放電回路の出力側の電圧信号が与え
られると共に、基準用のシュミットインバータ回路の出
力側の出力信号を磁気抵抗素子を介して入力側に受ける
ように構成されている。このような構成であれば、磁気
抵抗素子の磁気抵抗値が基準用磁気抵抗素子に対して変
わらない限り両シュミットインバータ回路の反転動作を
一致させることができ、両磁気抵抗素子の磁気抵抗値間
に差異が生じた場合にのみ位相がずれることになりより
精度の高い磁気検出が可能になる。
<Invention of Claim 3> According to the configuration of Claim 3, the input side of the Schmitt inverter circuit for detection is also provided on the input side.
A voltage signal on the output side of the charge / discharge circuit that repeats charge / discharge according to the output inversion of the reference Schmitt inverter circuit is provided, and an output signal on the output side of the reference Schmitt inverter circuit is input via the magnetoresistive element. It is configured to receive on the side. With such a configuration, the inversion operations of both Schmitt inverter circuits can be matched as long as the magnetoresistive value of the magnetoresistive element does not change with respect to the reference magnetoresistive element. Only when a difference occurs, the phase shifts, and more accurate magnetic detection becomes possible.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図2
によって説明する。本実施形態に係る磁気センサは、例
えばInSbなる素子面に垂直な方向に磁界が加わることで
磁気抵抗値が変化する一対の半導体磁気抵抗素子と、そ
の磁気抵抗値の変化を所定の信号に変換する変換手段
と、その変換手段の出力信号に基づいて検出動作を行う
検出手段とを備えて、特に微小な磁気でも正確に検出す
るを可能とするためのものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.
It will be explained by. The magnetic sensor according to the present embodiment includes, for example, a pair of semiconductor magnetoresistive elements whose magnetoresistance changes when a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the element surface of InSb, and converts the change in the magnetoresistance into a predetermined signal. And a detecting means for performing a detecting operation based on an output signal of the converting means, so that it is possible to accurately detect even minute magnetism.

【0012】図2において、符号15A及び15Bは、
前記一対の半導体磁気抵抗素子であって、一方の半導体
磁気抵抗素子は、検出すべき磁気の磁界方向に対して素
子面が垂直をなすように配される検出用磁気抵抗素子1
5Bであり、他方の半導体磁気抵抗素子は、検出用磁気
抵抗素子15Bに対して、互いの素子面が90度の角度
をなすように配置されつつ同一パッケージに形成された
基準用磁気抵抗素子15Aである。なお、本実施形態に
おける磁気抵抗素子15A,15Bは、素子面に磁界が
加わることで磁気抵抗値が小さくなるタイプのものを使
用している。
In FIG. 2, reference numerals 15A and 15B are
A pair of semiconductor magneto-resistive elements, wherein one of the semiconductor magneto-resistive elements is arranged so that its element surface is perpendicular to the direction of the magnetic field to be detected;
5B, and the other semiconductor magnetoresistive element is a reference magnetoresistive element 15A formed in the same package while being arranged such that the element surfaces are at an angle of 90 degrees with respect to the detecting magnetoresistive element 15B. It is. The magnetoresistive elements 15A and 15B in the present embodiment use a type in which a magnetic field is applied to the element surface to reduce the magnetoresistance value.

【0013】次いで変換手段は、両磁気抵抗素子15
A,15Bの磁気抵抗値の変化に応じた信号を出力する
一対の発振回路であり、両磁気抵抗素子15A,15B
と、同じヒステリシスを有し、両磁気抵抗素子15A,
15Bに対応した基準用及び検出用の一対のシュミット
インバータのCMOSゲート10A,10Bと、抵抗11及
びコンデンサ12を直列接続して構成された時定数回路
13(請求項3に記載の「充放電回路」に相当する)と
からなる。
Next, the conversion means includes the two magnetoresistive elements 15
A pair of oscillating circuits for outputting a signal corresponding to a change in the magnetoresistive value of each of the magnetoresistive elements 15A, 15B.
Have the same hysteresis and both magnetoresistive elements 15A,
A time-constant circuit 13 (a charge / discharge circuit according to claim 3) comprising a pair of reference and detection Schmitt inverter CMOS gates 10 </ b> A and 10 </ b> B corresponding to 15 B and a resistor 11 and a capacitor 12 connected in series. ").

【0014】時定数回路13は、その抵抗11の一端
に、基準用CMOSゲート10Aの出力側が接続される一
方、抵抗11及びコンデンサ12の接続点に基準用CMOS
ゲート10Aの入力側が入力抵抗14Aを介して接続さ
れると共に、検出用CMOSゲート10Bの入力側が入力抵
抗14Ba,14Bbを介して接続されている。これによ
り、時定数回路13は、基準用CMOSゲート10Aの出力
反転に伴って充放電を繰り返す。また、基準用CMOSゲー
ト10Aには基準用磁気抵抗素子15Aが帰還接続され
ている。これにより、基準用CMOSゲート10Aの入力側
には、時定数回路13の放電時にはコンデンサ12分担
電圧Vcから入力抵抗14Aにおける電圧降下分Vrだけ低
い電圧信号(Vc-Vr)が与えられる一方、充電時にはコン
デンサ12の分担電圧Vcよりも入力抵抗14Aの電圧降
下分Vrだけ高い電圧信号(Vc+Vr)が与えられることにな
る。このことは、時定数回路13のコンデンサ12の分
担電圧Vcが基準用CMOSゲート10Aのヒステリシスの上
下限値(Vhmin,Vhmax)にそれぞれ到達する前に、基準用C
MOSゲート10Aが反転動作を行うことを意味する。こ
れにて、基準用磁気抵抗素子15Aの磁気抵抗値の変化
を基準用CMOSゲート10Aからの発振信号の位相の変化
として反映させることが可能になる。このとき、時定数
回路13のコンデンサ12の分担電圧Vcは、下限値(Vhm
in+Vr)と上限値(Vhmax-Vr)との間で振幅する擬似三角波
となる。
The time constant circuit 13 has one end of the resistor 11 connected to the output side of the reference CMOS gate 10A, and the connection point of the resistor 11 and the capacitor 12 connected to the reference CMOS gate 10A.
The input side of the gate 10A is connected via an input resistor 14A, and the input side of the detection CMOS gate 10B is connected via input resistors 14Ba and 14Bb. As a result, the time constant circuit 13 repeats charging and discharging with the output inversion of the reference CMOS gate 10A. Further, a reference magnetic resistance element 15A is connected in a feedback manner to the reference CMOS gate 10A. As a result, a voltage signal (Vc-Vr) lower than the voltage shared by the capacitor 12 by the voltage drop Vr in the input resistor 14A is applied to the input side of the reference CMOS gate 10A when the time constant circuit 13 is discharged, while charging is performed. Sometimes, a voltage signal (Vc + Vr) higher than the shared voltage Vc of the capacitor 12 by the voltage drop Vr of the input resistor 14A is provided. This means that the reference voltage Cc before the shared voltage Vc of the capacitor 12 of the time constant circuit 13 reaches the upper and lower limit values (Vhmin, Vhmax) of the hysteresis of the reference CMOS gate 10A, respectively.
This means that the MOS gate 10A performs an inversion operation. This makes it possible to reflect the change in the magnetic resistance of the reference magnetic resistance element 15A as the change in the phase of the oscillation signal from the reference CMOS gate 10A. At this time, the shared voltage Vc of the capacitor 12 of the time constant circuit 13 is lower than the lower limit value (Vhm
(in + Vr) and an upper limit (Vhmax-Vr).

【0015】一方、検出用CMOSゲート10Bは、その入
力側には、上述したように時定数回路13のコンデンサ
12分担電圧Vcが入力抵抗14Ba,14Bbを介して接
続されていると共に、基準用CMOSゲート10Aの出力側
が検出用磁気抵抗素子15Bを介して接続されている。
これにより、検出用磁気抵抗素子15Bの磁気抵抗値の
変化を検出用CMOSゲート10Bからの発振信号の位相の
変化として反映させることが可能になる。なお、検出用
磁気抵抗素子15Bには、ダイオード16が基準用CMOS
ゲート10Aの出力側から検出用CMOSゲート10Bの入
力側の向きを順方向として並列接続されている。これ
は、検出用CMOSゲート10Bの反転動作前に基準用CMOS
ゲート10Aが反転動作を行う状態となった場合にも検
出用CMOSゲート10Bが反転動作を行うことができるよ
うにするためである。また、入力抵抗14Aの抵抗値
と、入力抵抗14Ba,14Bbの合計抵抗値とが同じ値
になるように設定してある。
On the other hand, the detection CMOS gate 10B is connected to the input side of the capacitor 12 sharing voltage Vc of the time constant circuit 13 via the input resistors 14Ba and 14Bb as described above, and to the reference CMOS gate. The output side of the gate 10A is connected via the detecting magnetoresistive element 15B.
This makes it possible to reflect a change in the magnetic resistance value of the detection magnetoresistive element 15B as a change in the phase of the oscillation signal from the detection CMOS gate 10B. Note that the detection magnetic resistance element 15B includes a diode 16 as a reference CMOS.
The outputs are connected in parallel with the direction from the output side of the gate 10A to the input side of the detection CMOS gate 10B being the forward direction. This is because before the inversion operation of the detection CMOS gate 10B, the reference CMOS gate
This is so that the detection CMOS gate 10B can perform the inversion operation even when the gate 10A is in the state of performing the inversion operation. Further, the resistance value of the input resistor 14A and the total resistance value of the input resistors 14Ba and 14Bb are set to be the same value.

【0016】そして、基準用CMOSゲート10Aからの発
振信号はDフリップフロップ回路17のCLK端子に、検
出用CMOSゲート10Bからの発振信号はD端子にそれぞ
れ与えられる。またQ端子は図示しない検出動作部に接
続され、QBAR端子は検出側の両入力抵抗14Ba,14
Bbの接続点に抵抗20を介して接続されている。な
お、抵抗18及びコンデンサ19は、Dフリップフロッ
プ回路17のパワーオンリセットである。
The oscillation signal from the reference CMOS gate 10A is given to the CLK terminal of the D flip-flop circuit 17, and the oscillation signal from the detection CMOS gate 10B is given to the D terminal. The Q terminal is connected to a detection operation unit (not shown), and the QBAR terminal is connected to both input resistors 14Ba and 14Ba on the detection side.
It is connected to the connection point of Bb via the resistor 20. Note that the resistor 18 and the capacitor 19 are a power-on reset of the D flip-flop circuit 17.

【0017】次に本実施形態の磁気センサの動作を説明
する。磁界が存在しない場合には、同一チップに形成さ
れた検出用及び基準用の両磁気抵抗素子10A,10B
の磁気抵抗値は同一となると共に、入力抵抗14Aの抵
抗値と入力抵抗14Ba,14Bbの合計抵抗値とが同じ
値に設定してあるから、両CMOSゲート10A,10Bか
らは同一の位相の発振信号が出力される。従って、当初
リセット状態にあるDフリップフロップ回路17はその
ままリセット状態を保持し、Q端子からはLowレベルが出
力される。
Next, the operation of the magnetic sensor of this embodiment will be described. When there is no magnetic field, both detection and reference magnetoresistive elements 10A and 10B formed on the same chip are used.
Are the same, and the resistance of the input resistor 14A and the total resistance of the input resistors 14Ba and 14Bb are set to the same value. Therefore, the oscillations of the same phase are output from both the CMOS gates 10A and 10B. A signal is output. Therefore, the D flip-flop circuit 17 initially in the reset state holds the reset state as it is, and the Q terminal outputs a low level.

【0018】一方、検出用磁気抵抗素子15Bの素子面
に垂直な方向の磁界を有する磁気が発生したときには、
検出用磁気抵抗素子15Bと素子面同士が90度の角度
をなして配置された基準用磁気抵抗素子15Aの磁気抵
抗値は変化せず、検出用磁気抵抗素子15Bの磁気抵抗
値だけが変化することになる。すなわち、検出用磁気抵
抗素子15Bの磁気抵抗値が基準用磁気抵抗素子15A
の磁気抵抗値よりも小さくなる。すると、検出用CMOSゲ
ート10Bの入力抵抗14Ba,14Bbの分担電圧は、
基準用CMOSゲート10Aの入力抵抗14Aのそれよりも
高くなる。これにより、検出用CMOSゲート10Bからの
発振信号の位相が、基準用CMOSゲート10Aの発振信号
の位相よりも速くなり、もってDフリップフロップ回路
17がリセット状態から反転しQ端子からHiレベルが出
力されて所定の検出動作が行われることになる。なお、
この際、Dフリップフロップ回路17のQBAR端子の出力
レベルもHiレベルからLowレベルに反転する。即ち、検
出用CMOSゲート10Bの入力側に対して、磁気検出動作
前のHiレベル時には、コンデンサ12の分担電圧Vcより
も入力抵抗14Baの分担電圧分高い電圧信号を、磁気
検出動作後のLowレベル時には、コンデンサ12の分担
電圧Vcよりも入力抵抗14Baの分担電圧分低い電圧信
号をそれぞれ入力抵抗14Bbを介して与えることにな
る。これは、両磁気抵抗素子15A,15Bの磁気抵抗
値の相違に対して磁気センサ全体としてのヒステリシス
を設けたことになり、磁気検出に相当しない程度の両磁
気抵抗素子15A,15Bの磁気抵抗値の相違にまで磁
気センサが検出動作を行うことがないように調整され、
もって検出すべき磁気に対して安定した検出動作を行う
ようにしてある。
On the other hand, when a magnetism having a magnetic field in a direction perpendicular to the element surface of the detecting magnetoresistive element 15B is generated,
The magnetoresistive value of the reference magnetoresistive element 15A in which the detection magnetoresistive element 15B and the element surface are arranged at an angle of 90 degrees does not change, and only the magnetoresistive value of the detecting magnetoresistive element 15B changes. Will be. That is, the magnetic resistance of the detection magnetic resistance element 15B is changed to the reference magnetic resistance element 15A.
Is smaller than the magnetic resistance value of. Then, the shared voltage of the input resistors 14Ba and 14Bb of the detection CMOS gate 10B is
It becomes higher than that of the input resistance 14A of the reference CMOS gate 10A. As a result, the phase of the oscillation signal from the detection CMOS gate 10B becomes faster than the phase of the oscillation signal from the reference CMOS gate 10A, so that the D flip-flop circuit 17 is inverted from the reset state and the Hi level is output from the Q terminal. Then, a predetermined detection operation is performed. In addition,
At this time, the output level of the QBAR terminal of the D flip-flop circuit 17 is also inverted from Hi level to Low level. That is, at the time of the Hi level before the magnetic detection operation, a voltage signal higher than the shared voltage Vc of the capacitor 12 by the shared voltage of the input resistor 14Ba is applied to the input side of the detection CMOS gate 10B. At times, a voltage signal lower than the shared voltage Vc of the capacitor 12 by the shared voltage of the input resistor 14Ba is applied via the input resistor 14Bb. This means that the hysteresis of the magnetic sensor as a whole is provided for the difference between the magnetoresistance values of the two magnetoresistance elements 15A and 15B, and the magnetoresistance values of the two magnetoresistance elements 15A and 15B do not correspond to the magnetic detection. Is adjusted so that the magnetic sensor does not perform the detection operation up to the difference of
Thus, a stable detection operation is performed for the magnetism to be detected.

【0019】なお、基準用磁気抵抗素子15Aの素子面
に垂直な方向の磁界を有する磁気が発生したときには、
上記とは反対に、基準用磁気抵抗素子15Aの磁気抵抗
値が検出用磁気抵抗素子15Bの磁気抵抗値よりも小さ
くなり、基準用CMOSゲート10Aからの発振信号の位相
が、検出用CMOSゲート10Bの発振信号の位相よりも速
くなり、Dフリップフロップ回路17のリセット状態が
維持されることになる。すなわち、本実施形態の磁気セ
ンサは、検出用磁気抵抗素子15Bが磁気を検知して、
基準用磁気抵抗素子15Aよりも磁気抵抗値が相対的に
小さくなった場合にのみ検出動作を行う構成になってい
る。
When a magnetic field having a magnetic field in a direction perpendicular to the element surface of the reference magnetoresistive element 15A is generated,
Contrary to the above, the magnetic resistance of the reference magnetic resistance element 15A becomes smaller than the magnetic resistance of the detection magnetic resistance element 15B, and the phase of the oscillation signal from the reference CMOS gate 10A changes to the detection CMOS gate 10B. , And the reset state of the D flip-flop circuit 17 is maintained. That is, in the magnetic sensor of the present embodiment, the detection magnetoresistive element 15B detects magnetism,
The detection operation is performed only when the magnetic resistance value is relatively smaller than that of the reference magnetic resistance element 15A.

【0020】このように、検出用磁気抵抗素子15Bと
は別に、検出すべき磁気に影響されないように検出用磁
気抵抗素子15Bに対して素子面同士が90度の角度を
なすようにして基準用磁気抵抗素子15Aを設けて、両
CMOSゲート10A,10Bから各磁気抵抗素子の磁気抵
抗値に応じた位相の発振信号が出力されるように構成し
た。これにより、例えば周囲温度が変化しても所定の範
囲内であれば両磁気抵抗素子15A,15Bの各磁気抵
抗値自体の大きさが変化するだけで両磁気抵抗値の相対
的な差には影響が生じない。また、Dフリップフロップ
回路17により両CMOSゲート10A,10Bからの発信
信号の位相のずれを検知して、それに基づいて磁気の検
出動作を行うように構成したから、微小磁界を検出する
場合でも感度良く磁気検出を行うことができる。
As described above, separately from the detection magneto-resistive element 15B, the reference surfaces are set at an angle of 90 degrees with respect to the detection magneto-resistive element 15B so as not to be affected by the magnetism to be detected. By providing a magnetoresistive element 15A,
The CMOS gates 10A and 10B are configured to output oscillation signals having phases corresponding to the magnetoresistance values of the respective magnetoresistance elements. Thus, for example, if the ambient temperature changes within a predetermined range, only the magnitude of each of the magnetoresistive values of the magnetoresistive elements 15A and 15B changes, and the relative difference between the magnetoresistive values does not change. No effect occurs. In addition, since the D flip-flop circuit 17 detects the phase shift of the transmission signals from both the CMOS gates 10A and 10B and performs the magnetic detection operation based on the detection, the sensitivity can be maintained even when a small magnetic field is detected. Magnetic detection can be performed well.

【0021】また、一般にシュミットインバータ回路の
ヒステリシスは固有のものであり変化させることはでき
ないが、一対の発振回路を上述したような構成にするこ
とで、シュミットインバータ回路であるCMOSゲート10
A,10Bから出力される方形波の位相を、検出用及び
基準用の各磁気抵抗素子15A,15Bの磁気抵抗値に
応じて変化させることが可能になる。これにより、簡単
な回路構成で両発振信号の位相の相違を精度よく検知す
ることが可能になる。
In general, the hysteresis of the Schmitt inverter circuit is inherent and cannot be changed. However, by configuring the pair of oscillation circuits as described above, the CMOS gate 10 serving as the Schmitt inverter circuit can be used.
The phase of the square wave output from A and 10B can be changed according to the magnetoresistance values of the detection and reference magnetoresistance elements 15A and 15B. This makes it possible to accurately detect the difference between the phases of the two oscillation signals with a simple circuit configuration.

【0022】さらに、検出用CMOSゲート10Bの入力側
にも、基準用CMOSゲート10Aの出力反転に応じて充放
電を繰り返す時定数回路13のコンデンサ12分NO担
電圧Vcの信号が与えられると共に、基準用CMOSゲート1
0Aの出力側の出力信号を検出用磁気抵抗素子15Bを
介して入力側に受けるように構成した。このような構成
であれば、検出用磁気抵抗素子15Bの磁気抵抗値が基
準側磁気抵抗素子15Aに対して変わらない限り両CMOS
ゲート10A,10Bの反転動作を一致させることがで
き、両磁気抵抗素子の磁気抵抗値間に差異が生じた場合
にのみ位相がずれることになりより精度の高い磁気検出
が可能になる。
Furthermore, a signal of the NO voltage Vc for the capacitor 12 of the time constant circuit 13 that repeats charging and discharging in accordance with the output inversion of the reference CMOS gate 10A is also supplied to the input side of the detection CMOS gate 10B. CMOS gate for reference 1
The output signal of 0A on the output side is configured to be received on the input side via the detection magnetoresistive element 15B. With such a configuration, both CMOSs are used as long as the magnetoresistance value of the detection magnetoresistance element 15B does not change with respect to the reference magnetoresistance element 15A.
The inversion operations of the gates 10A and 10B can be matched, and the phase is shifted only when a difference occurs between the magnetoresistive values of the two magnetoresistive elements, thereby enabling more accurate magnetic detection.

【0023】<他の実施形態>本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 (1)上記実施形態では、方形波を出力するCMOSゲート
10A,10Bで発振回路を構成したが、これに限られ
ず、発振回路であればウィーンブリッジ発振回路であっ
てもよい。なお、この際には正帰還回路を磁気抵抗素子
を含めて構成することで磁気抵抗素子の磁気抵抗値に応
じた位相の発振信号を出力することが可能になる。
<Other Embodiments> The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
In addition to the following, various changes can be made without departing from the scope of the invention. (1) In the above embodiment, the oscillation circuit is configured by the CMOS gates 10A and 10B that output a square wave. However, the invention is not limited to this, and a Wien bridge oscillation circuit may be used as long as the oscillation circuit is used. In this case, by configuring the positive feedback circuit including the magnetoresistive element, it becomes possible to output an oscillation signal having a phase corresponding to the magnetoresistance value of the magnetoresistive element.

【0024】(2)上記実施形態では、一対の発振回路
を、1つの時定数回路13から基準用及び検出用の両CM
OSゲート10A,10Bに信号を与えると共に、基準用
CMOSゲート10Aの出力側を検出用磁気抵抗素子15B
を介して検出用CMOSゲート10Bの入力側に接続して構
成したが、この構成だけに限られない。例えば、各CMOS
ゲート10A,10Bに対して、基準用及び検出用の磁
気抵抗素子15A,15Bをそれぞれ帰還接続すると共
に、それぞれに対応した一対の時定数回路13を設けて
構成(請求項2の発明に対応する)してもよい。
(2) In the above embodiment, a pair of oscillation circuits are supplied from one time constant circuit 13 to both the reference CM and the detection CM.
A signal is supplied to the OS gates 10A and 10B, and a reference
The output side of the CMOS gate 10A detects the magnetoresistive element 15B
Is connected to the input side of the detection CMOS gate 10B through the gate, but is not limited to this configuration. For example, each CMOS
The reference and detection magnetoresistive elements 15A and 15B are connected to the gates 10A and 10B by feedback, respectively, and a pair of time constant circuits 13 corresponding to each of the magnetoresistive elements 15A and 15B are provided (corresponding to claim 2). ).

【0025】(3)上記実施形態では、半導体磁気抵抗
素子を例に挙げて説明したが、これに限られず、所定方
向の磁界が加わることで、磁気抵抗値が変化する磁気抵
抗素子であれば、例えば強磁性薄膜性素子等であっても
よい。
(3) In the above embodiment, the semiconductor magnetoresistive element has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any magnetoresistive element whose magnetoresistance changes when a magnetic field in a predetermined direction is applied. For example, a ferromagnetic thin film element may be used.

【0026】(4)上記実施形態では、磁気抵抗素子は
磁界が加わることで磁気抵抗値が小さくなる構成とした
が、これに限らず、磁界が加わることで磁気抵抗値が大
きくなる構成としても、所定の回路構成を変更すること
で上記実施例と同一の効果を得ることができる。
(4) In the above embodiment, the magnetoresistive element has a configuration in which the magnetoresistance value is reduced by applying a magnetic field. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which the magnetoresistance value is increased by the application of a magnetic field. By changing the predetermined circuit configuration, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の作用効果を説明するための概念図FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the operation and effect of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る磁気センサの回路図FIG. 2 is a circuit diagram of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A…基準用CMOSゲート 10B…検出用CMOSゲート 13…時定数回路 14A,14Ba,14Bb…入力抵抗 15A…基準用磁気抵抗素子 15B…検出用磁気抵抗素子 17…フリップフロップ回路 10A: Reference CMOS gate 10B: Detection CMOS gate 13: Time constant circuit 14A, 14Ba, 14Bb: Input resistance 15A: Reference magnetic resistance element 15B: Detection magnetic resistance element 17: Flip-flop circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定方向の磁界が加わることで磁気抵抗
値が変化する磁気抵抗素子と、その磁気抵抗値の変化を
所定の信号に変換する変換手段と、変換手段の出力信号
に基づいて検出動作を行う検出手段とを備えた磁気セン
サにおいて、 検出用としての前記磁気抵抗素子に対して、磁気検出方
向同士が90度の角度をなすように配される基準用磁気
抵抗素子を設けて、 前記変換手段は、前記両磁気抵抗素子をそれぞれ含んで
構成された一対の発振回路で構成し、 前記検出手段は、前記一対の発振回路間の発振位相のず
れに基づいて検出動作を行うことを特徴とする磁気セン
サ。
1. A magnetoresistive element whose magnetic resistance changes when a magnetic field in a predetermined direction is applied, conversion means for converting the change in the magnetic resistance into a predetermined signal, and detection based on an output signal of the conversion means. A magnetic sensor provided with a detecting means for performing an operation, wherein a reference magnetoresistive element arranged such that magnetic detection directions form an angle of 90 degrees with respect to the magnetoresistive element for detection, The conversion means is constituted by a pair of oscillation circuits each including the two magnetoresistive elements, and the detection means performs a detection operation based on a difference in oscillation phase between the pair of oscillation circuits. Characteristic magnetic sensor.
【請求項2】 前記一対の発振回路は、検出用及び基準
用の一対のシュミットインバータ回路と、前記各シュミ
ットインバータ回路の出力反転に応じて充放電動作を繰
り返すと共に出力側が前記各シュミットインバータ回路
の入力側に入力抵抗を介してそれぞれ接続された検出用
及び基準用の一対の充放電回路とでそれぞれ発振動作を
行うように構成し、前記磁気抵抗素子及び前記基準用磁
気抵抗素子が前記各シュミットインバータ回路にそれぞ
れ帰還接続されて構成されていることを特徴とする請求
項1に記載の磁気センサ。
2. The pair of oscillation circuits repeat a charge / discharge operation in response to a pair of detection and reference Schmitt inverter circuits and an output inversion of each of the Schmitt inverter circuits, and have an output side of each of the Schmitt inverter circuits. A pair of detection and reference charging / discharging circuits connected to the input side via an input resistor, respectively, so as to perform an oscillating operation, wherein the magnetoresistive element and the reference magnetoresistive element are each of the Schmitt elements. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is configured to be connected to the inverter circuit by feedback.
【請求項3】 前記一対の発振回路は、検出用及び基準
用の一対のシュミットインバータ回路と、前記基準用の
シュミットインバータ回路の出力反転に応じて充放電動
作を繰り返すと共に出力側が前記両シュミットインバー
タ回路の入力側に入力抵抗を介してそれぞれ接続された
充放電回路とで発振動作を行うように構成し、前記基準
用磁気抵抗素子が前記基準用のシュミットインバータ回
路に帰還接続されると共に、前記磁気抵抗素子が前記基
準用のシュミットインバータ回路の出力側と検出用のシ
ュミットインバータ回路の入力側との間に接続されて構
成されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気セ
ンサ。
3. The pair of oscillation circuits repeat a charge / discharge operation in response to output inversion of a pair of detection and reference Schmitt inverter circuits and an output side of the Schmitt inverter circuits. The input side of the circuit is configured to perform an oscillating operation with a charging / discharging circuit connected via an input resistor to the input side, and the reference magnetoresistance element is connected back to the reference Schmitt inverter circuit, and The magnetic sensor according to claim 1, wherein a magnetoresistive element is connected between an output side of the Schmitt inverter circuit for reference and an input side of the Schmitt inverter circuit for detection.
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