JP2005503565A

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

Info

Publication number: JP2005503565A
Application number: JP2003529180A
Authority: JP
Inventors: レインハルドバッハホールド
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-09-15
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2005-02-03
Also published as: DE10145655A1; US7030601B2; US20040239322A1; EP1432996A1; WO2003025604A1

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（Ｉ_{ｃｏｍｐ１}，Ｉ_{ｃｏｍｐ２}）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（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅｂｒｉｄｇｅ）の形態でブリッジ回路（ｂｒｉｄｇｅｃｉｒｃｕｉｔ）を備え、四つの磁気抵抗性の抵抗（ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｒｅｓｉｓｔｏｒ）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（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ）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（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔ）がもたらされ得る、グラジオメータによる電流検出器（ｇｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ）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（ｓｅｎｓｏｒｃｈｉｐ））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（ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓ）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（ｂｒｉｄｇｅａｒｍ）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−ｆｉｌｍｓｔｒｉｐｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）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−ｃａｒｒｙｉｎｇｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を介して流れる電流はフローティング態様（ｆｌｏａｔｉｎｇｍａｎｎｅｒ）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−ｆｉｅｌｄｇｒａｄｉｅｎｔ）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）（ｅｘｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇｍａｇｎａｔｉｃｆｉｅｌｄ）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（ｖａｒｉａｂｌｅｒｅｓｉｓｔｏｒ）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（ｍｏｕｎｔｉｎｇｔｏｌｅｒａｎｃｅ）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（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｒｏｕｔｉｎｅ）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）（ｐｒｅｃｉｏｕｓｎｅａｓｕｒｅ）となる。それ故に、コンポーネント許容誤差（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｔｏｌｅｒａｎｃｅ）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Ｖ_ＣＣを有し得ると共に、出力電圧部Ｖ_ＯＵＴ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（ｂａｒｂｅｒｐｏｌｅ）（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Ｉ_ｍｅｓｓ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（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｌｏｏｐ）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Ｉ_ｍｅｓｓを伝える。これにより、測定されるべき電流Ｉ_ｍｅｓｓ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Ｖ_ＣＣの場合、ホイートストーンブリッジの出力電圧Ｖ_ＯＵＴは変化する。出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、補償電流Ｉ_{ｃｏｍｐ１}及びＩ_{ｃｏｍｐ２}が生成され得る評価回路（ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ）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Ｖ_ＯＵＴがゼロになる態様で補償電流Ｉ_{ｃｏｍｐ１}及び／又はＩ_{ｃｏｍｐ２}を生成するであろう。従って補償電流Ｉ_{ｃｏｍｐ１}の大きさは、磁場の勾配（ｍａｇｎｅｔｉｃ−ｆｉｅｌｄｇｒａｄｉｅｎｔ）の目安（測定単位）（ｍｅａｓｕｒｅ）となり、それ故に測定されるべき電流Ｉ_ｍｅｓｓ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Ｉ_{ｃｏｍｐ１}及びＩ_{ｃｏｍｐ２}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Ｉ_ｍｅｓｓ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Ｉ_{ｃｏｍｐ１}及びＩ_{ｃｏｍｐ２}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Ｉ_ｍｅｓｓ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（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｌｅｒａｎｃｅ）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（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｅｘｔｅｒｎａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ）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−ｒｅｌａｔｅｄｔｏｌｅｒａｎｃｅ）、又はコンポーネント許容バラツキ（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｔｏｌｅｒａｎｃｅ）等が、簡単な態様で補償され得る。最終的に、補償電流Ｉ_{ｃｏｍｐ１}とＩ_{ｃｏｍｐ２}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

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。
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。
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。
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。
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。