JP2005503565A - グラジオメータによる電流検出器のための回路構成体及び当該回路構成体を備える検出器チップ - Google Patents

グラジオメータによる電流検出器のための回路構成体及び当該回路構成体を備える検出器チップ Download PDF

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Abstract

導電体の磁場の強さの勾配を測定するためのホイートストーンブリッジの形態でブリッジ回路を備え、四つの磁気抵抗性の抵抗を備え、前記抵抗のうちの二つが各々の場合サブブリッジを形成し、前記サブブリッジが前記導電体のサブ導体に対して対称的に構成され、前記ブリッジ回路に関係する補償回路を備え、前記補償回路は前記磁気抵抗性の抵抗に関係する補償導体を有し、前記補償導体に補償電流はもたらされることが可能で、前記回路構成体によって許容位置ずれが簡単な態様で補償され得る、グラジオメータによる電流検出器のための回路構成体を製作するために、サブブリッジ(22,24)は、自身にもたらされる別個の補償電流(Icomp1,Icomp2)を各々有し得る。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、導電体の磁場の強さの勾配を測定するためのホイートストーンブリッジ(Wheatstone bridge)の形態でブリッジ回路(bridge circuit)を備え、四つの磁気抵抗性の抵抗(magnetoresistive resistor)を備え、前記抵抗のうちの二つが各々の場合サブブリッジ(sub−bridge)を形成し、それによって前記サブブリッジが前記導電体のサブ導体(sub−conductor)に対して対称的に構成され、前記ブリッジ回路に関係する補償回路(compensating circuit)を備え、前記補償回路は前記磁気抵抗性のサブブリッジに関係する導体を有し、前記導体に補償電流(compensating current)がもたらされ得る、グラジオメータによる電流検出器(gradiometric current sensor)のための回路構成体に関する。
【背景技術】
【0002】
同じ汎用型の回路構成体が知られている。例えば、欧州特許第0607595A2号において、ホイートストーンブリッジの形態で接続される磁気抵抗性の抵抗を備える検出器チップ(センサチップ(sensor chip))が記載されている。この場合、磁気抵抗性の抵抗が理論上の中心軸(theoretical central axis)に対して並列且つ対称的にもたらされる。ホイートストーンブリッジのブリッジ辺(bridge arm)は、理論上の中心軸の何れかの側に磁気抵抗性の抵抗を各々備えている。
【0003】
磁気抵抗性の抵抗上に、当該抵抗から絶縁分離される薄膜ストリップ導体(thin−film strip conductor)が設けられる。測定されるべき電流によって生成される磁場を補償する補償電流が当該薄膜ストリップ導体にもたらされ得る。モニタされるべき導電体(current−carrying conductor)を介して流れる電流はフローティング態様(floating manner)で測定され得ることが、この種の知られている回路構成体によって実現される。電流の流れによりもたらされる、電流に比例する磁場の勾配(magnatic−field gradient)が、ホイートストーンブリッジのブリッジ辺を使用して、補償される態様で測定される。サブブリッジの対称的な構成のために、外乱磁場(外部干渉磁場)(external interfering magnatic field)は測定に全く影響を及ぼさない。外乱磁場は対称的なサブブリッジに同程度に影響を及ぼすためである。
【0004】
構成体全体の対称性を調整するために、機械的に、又はレーザ操作によってトリミングされ得る、自身に関係する可変抵抗(variable resistor)をホイートストーンブリッジが有することは欧州特許第0607595A2号からも知られている。
【0005】
知られている回路構成体において、導電体に対する、回路構成体を備える検出器チップの許容位置ずれ(mounting tolerance)が、同じ大きさの逆の場でもはや補償され得ないサブブリッジの領域において磁場の強さの大きさを変化させることになることは不利である。可変抵抗のトリミングによる当該許容位置ずれの補償は、多くの測定誤差に対して不可能であるか、又は多くの測定誤差に影響される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、許容位置ずれが簡単な態様で補償され得る電流検出器及びグラジオメータによる電流検出器のための回路構成体をもたらすことにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、当該目的は、請求項1に記載の特徴を備える回路構成体によって達成される。導電体のサブ導体に対称的に設けられるホイートストーンブリッジのサブブリッジが、当該ブリッジにもたらされる別個の補償電流を各々有し得るという事実のために、特にサブブリッジの領域において許容位置ずれによってもたらされる変化する強さの磁場の補償が簡単な態様で可能となる。校正ルーチン(calibration routine)の間、別個の補償電流の比はそれから、サブブリッジの領域において、測定されるべき電流によって生成される磁場の強さの比に前記補償電流の比が対応する態様で調整され得る。二つのサブ補償電流からの平均(mean)又は全補償電流は、それから測定されるべき電流の重要な目安(測定単位)(precious neasure)となる。それ故に、コンポーネント許容誤差(component tolerance)又は許容位置ずれの補償が電子手段によってかなり可能となるので、補償抵抗のトリミング(trimming)は不要となり得る。補償抵抗の省略により、回路構成体全体が構造上より簡略化され、それによって、より好ましい価格となる。
【0008】
本発明の好ましい実施例は、従属請求項において特定される特徴からもたらされる。
【0009】
本発明は、グラジオメータによる電流測定のための回路構成体を備える検出器チップを図示している図面に示されている実施例に関連して以下、より詳細に記載されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図は、回路構成体12を有すると共に全体が符号100で示される検出器チップを示している。回路構成体12は、ホイートストーンブリッジの形態でブリッジ回路を備える。ホイートストーンブリッジは、四つの磁気抵抗性の抵抗14、16、18、及び20を備える。抵抗14及び16はこの場合第一のサブブリッジ22を形成し、抵抗18及び20は第二のサブブリッジを形成する。ブリッジ回路は、知られている態様で自身に印加される電源電圧部VCCを有し得ると共に、出力電圧部VOUTは、出力信号としてタップ(tap)を付けられ得る。この種のブリッジ回路の構造及び動作モードは一般に知られているので、本発明の内容において更に記載されないであろう。磁気抵抗性の抵抗14、16、18、及び20は、この場合示されているバーバーポール(barber pole)(理髪店の看板の紅白の柱)構成体26を備える。これにより、たった一つの隣接する場の勾配しかブリッジ回路を駆動しないことが保証される。
【0011】
サブブリッジ22及び24は、導電体32のサブ導体28及び30の各々に対して対称的に設けられる。導体32は、検出器チップ100によって決定されるべき電流Imessを伝える。検出器チップ100は基部(ベース(base))34の上に設けられるので、回路構成体12は導電体32から絶縁分離される。
【0012】
回路構成体12は補償回路36を更に有する。補償回路36は、磁気抵抗性の抵抗14、16、18、及び20の下に設けられると共にこれらから電気的に絶縁分離される補償導体38及び38’を有しているので、補償導体38は抵抗14及び16に関係していると共に、補償導体38’は抵抗18及び20に関係している。補償導体35は、一方の端部において入力端子40に接続され、他方の端部において固定電位部GNDに接続される。補償導体38’は、入力端子42に接続されると共に、同様に固定電位部GNDに接続される。明らかなことに、それ故に補償回路36は、各々がブリッジ辺22及び24のそれぞれに関係する別個の補償ループ(compensating loop)に分割される。
【0013】
図に示されている回路構成体12は以下の機能を有している。
【0014】
導体32、従ってサブ導体28及び30は、測定されるべき電流Imessを伝える。これにより、測定されるべき電流Imessに比例する磁場の勾配がもたらされる。磁場は、サブブリッジ22及び24によって測定される。影響力のある磁場の影響下において、少なくとも一つの磁気抵抗性の抵抗は自身の抵抗値を変化させるので、一定の入力電圧VCCの場合、ホイートストーンブリッジの出力電圧VOUTは変化する。出力電圧VOUTは、補償電流Icomp1及びIcomp2が生成され得る評価回路(evaluation circuit)にもたらされる。当該評価回路はこの場合、ホイートストーンブリッジの出力電圧VOUTがゼロになる態様で補償電流Icomp1及び/又はIcomp2を生成するであろう。従って補償電流Icomp1の大きさは、磁場の勾配(magnetic−field gradient)の目安(測定単位)(measure)となり、それ故に測定されるべき電流Imessの大きさの目安となる。
【0015】
補償電流を補償辺38と38’とに分離することにより、二つの補償電流Icomp1及びIcomp2が可能となり、その比は、各々関係するサブブリッジ22及び24の領域における電流Imessによって生成される磁場の強さの比に対応するように評価回路によって調整される。そのとき補償電流Icomp1及びIcomp2からもたらされる平均又は全補償電流は、測定されるべき電流Imessの極めて正確な目安となる。二つの補償辺38及び38’への分割により、補償において許容製造バラツキ(production tolerance)及び/又は許容位置ずれが考慮されることは実現される。
【0016】
従って補償するグラジオメータによる電流測定が簡単な態様で実現される。検出器チップ100は、ほんの少しのコンポーネントを含むことしか必要としない小さな構造によって特徴付けられる。補償により、均一な外部磁場(homogeneous external magnetic field)に対する感度のなさ(insensitivity)がもたらされる。更に、許容位置ずれ、エージング関連の許容バラツキ(ageing−related tolerance)、又はコンポーネント許容バラツキ(component tolerance)等が、簡単な態様で補償され得る。最終的に、補償電流Icomp1とIcomp2との両方の同じオフセットのために、ホイートストーンブリッジ全体のオフセットが電気的に補償され得る。同様に、この種のオフセットの補償のためのホイートストーンブリッジのトリミングはもはや必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】グラジオメータによる電流測定のための回路構成体を備える検出器チップである。
【符号の説明】
【0018】
100 検出器チップ
12 回路構成体
14,16,18,20 抵抗
22 第一のサブブリッジ
24 第二のサブブリッジ
26 バーバーポール構成体
28,30 サブ導体
32 導体
34 基部
36 補償回路
38,38’ 補償導体
40 入力端子
42 入力端子
VCC 電源電圧部
VOUT 出力電圧
Icomp1 補償電流
Icomp2 補償電流
Imess 電流
GND 電位部

Claims (5)

  1. 導電体の磁場の強さの勾配を測定するためのホイートストーンブリッジの形態でブリッジ回路を備え、四つの磁気抵抗性の抵抗を備え、前記抵抗のうちの二つが各々の場合サブブリッジを形成し、前記サブブリッジが前記導電体のサブ導体に対して対称的に構成され、前記ブリッジ回路に関係する補償回路を備え、前記補償回路は前記磁気抵抗性の抵抗に関係する補償導体を有し、前記補償導体に補償電流がもたらされ得る、グラジオメータによる電流検出器のための回路構成体において、前記サブブリッジが、自身にもたらされる別個の補償電流を各々有し得る回路構成体。
  2. 前記補償回路が、別個にスイッチされる補償導体を有し、前記補償導体は各々、一方の抵抗に関係すると共に他方の抵抗に関係する請求項1に記載の回路構成体。
  3. 前記一方の補償導体は、一方の入力端子に接続されると共に固定電位部に接続され、前記他方の補償導体は、他方の入力端子に接続されると共に前記固定電位部に接続される請求項1乃至2の何れか一項に記載の回路構成体。
  4. 前記別個の補償電流は、前記ブリッジ回路の出力電圧の関数として前記入力端子にもたらされ得る請求項1乃至3の何れか一項に記載の回路構成体。
  5. 請求項1乃至4のうちの少なくとも一項に記載の回路構成体によって特徴付けられる検出器チップ。
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