JP2007537437A - Sensor element and associated angle measurement system - Google Patents

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Abstract

少なくとも1つの供給端子(10,14)を用いて、特に少なくとも1つの第1の供給端子を用いて、かつ少なくとも1つの基準端子(12,16)を用いて、特に、例えばグラウンド電位(GND;GND1,GND2)における、少なくとも1つの第2の供給端子を用いて、少なくとも1つの供給電圧(VCC;VCC1,VCC2)及び少なくとも1つの供給電流(i;i1,i2)をそれぞれ供給されることができ、供給電圧(VCC;VCC1,VCC2)の降下又は供給電流(i;i1,i2)の流れの方向(D;D1,D2)と、結果として生じる内部磁場(Hres)の方向との間の角度(α;α1、α2)の関数としてセットされる差分電圧(Vout;Vout1、Vout2)が、少なくとも第1の、特に正(V+;V+1,V+2)の、タッピング電極(20,24)と少なくとも第2の、特に負(V−;V−1,V−2)の、タッピング電極(22,26)との間でタップされることができ、結果として生じる内部磁場(Hres)の方向が、固有磁化(H0)及び少なくとも1つの外部磁場(Hext)を重ねることにより与えられ、好適な磁気方位を持たずに製造されることができ、技術的に引き起こされるオフセットが最小化される又は完全に除去される、少なくとも1つの磁気抵抗センサ素子(100,110)を提供するために、磁気抵抗センサ素子(100,110)が、フラットになるように設計され、特に供給電圧(VCC;VCC1,VCC2)の降下が連続的であることが提案される。With at least one supply terminal (10, 14), in particular with at least one first supply terminal and with at least one reference terminal (12, 16), in particular, for example a ground potential (GND; And at least one supply voltage (VCC; VCC1, VCC2) and at least one supply current (i; i1, i2), respectively, using at least one second supply terminal in GND1, GND2). Between supply voltage (VCC; VCC1, VCC2) drop or supply current (i; i1, i2) flow direction (D; D1, D2) and the resulting internal magnetic field (H res ) direction Differential voltage (V out ; V out1 , V out2 ) set as a function of angle (α; α1, α2) is at least a first, in particular positive (V +; V + 1, V + 2) Can be tapped between the tapping electrode (20, 24) and at least a second, in particular negative (V-; V-1, V-2) tapping electrode (22, 26), the result The direction of the internal magnetic field (H res ) resulting from is given by superimposing the intrinsic magnetization (H 0 ) and at least one external magnetic field (H ext ), and can be produced without a suitable magnetic orientation, In order to provide at least one magnetoresistive sensor element (100, 110) in which the technically induced offset is minimized or completely eliminated, the magnetoresistive sensor element (100, 110) is flattened. In particular, it is proposed that the drop in supply voltage (VCC; VCC1, VCC2) is continuous.

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルに記載された磁気抵抗センサ素子に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive sensor element described in the preamble of claim 1.

非接触式角度測定は、磁気抵抗センサの応用の主要分野である。これに対する理由は、磁気抵抗センサが基づく固体効果が角度効果であり、即ち、

Figure 2007537437
であることである。 Non-contact angle measurement is a major field of application of magnetoresistive sensors. The reason for this is that the solid effect on which the magnetoresistive sensor is based is an angular effect, ie
Figure 2007537437
It is to be.

磁場を測定するセンサ素子(いわゆるA[異方性(anisotropic)]M[磁気(magneto)]R[抵抗(resistive)]センサ)は、異方性磁気抵抗効果の原理に基づく。   Sensor elements that measure magnetic fields (so-called A [anisotropic] M [magneto] R [resistive] sensors) are based on the principle of anisotropic magnetoresistance effect.

現在、例えば文献DE10104453A1に記載されたように、AMR角度センサは、第一に、完全なホイートストンブリッジとして設計される。このような完全なホイートストンブリッジの伝達関数は、式

Figure 2007537437
により与えられる。 At present, the AMR angle sensor is first designed as a complete Wheatstone bridge, for example as described in document DE10104453A1. The transfer function of such a complete Wheatstone bridge is
Figure 2007537437
Given by.

しかしながら、ホイートストンブリッジ回路の個々の細長い抵抗器の製造中に技術的公差が存在することは不利であり、これらの公差は、前記抵抗器の不可避的な非対称性を生じ、これにより電気的オフセットV0が生じる。これらのオフセットは、ほとんど約12ミリボルト毎ボルト(12mV/V)のホイートストンブリッジの、AMR効果Δρ/ρにより決定される、信号振幅の大きさのオーダである数ミリボルト毎ボルト(mV/V)で既に存在し、これにより後の信号調整及び処理中のこのようなオフセットの除去は、過度に高度な複雑性を必要とする。 However, it is disadvantageous that technical tolerances exist during the manufacture of the individual elongated resistors of the Wheatstone bridge circuit, and these tolerances result in unavoidable asymmetries of the resistors, thereby causing an electrical offset V 0 is generated. These offsets most of the Wheatstone bridge about 12 millivolts per volt (12mV / V), AMR effect [Delta] [rho] / [rho is determined by ⊥, millivolts per volt is the magnitude order of the signal amplitude (mV / V) Already exists, so that subsequent signal conditioning and removal of such offsets during processing requires excessively high complexity.

今までに知られているブリッジの他の不利点は、線形又はバー形抵抗器が無視できない固有(又は内部)磁場強度H0を持つことであり、

Figure 2007537437
ここで、tは、前記線形又はバー形抵抗器の厚さであり、
wは、前記線形又はバー形抵抗器の幅であり、
Mは、パーマロイの飽和磁化(約800キロアンペア/メートル)であり、これは式、
Figure 2007537437
を介して、内部磁化の角度と外部磁場の角度との間の差をもたらす。ブリッジ出力電圧の奇数調波、ひいては追加の振動角度誤差が、これにより結果として生じる。 Another disadvantage of the bridges known so far is that linear or bar resistors have a non-negligible intrinsic (or internal) magnetic field strength H 0 ,
Figure 2007537437
Where t is the thickness of the linear or bar resistor,
w is the width of the linear or bar resistor;
M is the saturation magnetization of permalloy (approximately 800 kA / meter), which is
Figure 2007537437
Through the difference between the angle of the internal magnetization and the angle of the external magnetic field. This results in an odd harmonic of the bridge output voltage and thus an additional vibration angle error.

したがって、ホイートストンブリッジ回路において、前記抵抗器は、不連続な長いストリップの形で設計され、好適な磁気方位を持つ抵抗器の特定の設計は、磁気伝達特性に影響を与えるので、ホイートストンブリッジ回路の原理に基づく磁気抵抗センサは、出力信号における不所望な散乱を示し、特に、前記ホイートストンブリッジ回路の内部領域に対する前記ホイートストンブリッジ回路の特に大きく影響を受け、したがって問題のある縁領域の比は、前記磁気抵抗センサの出力信号を弱める。   Therefore, in a Wheatstone bridge circuit, the resistor is designed in the form of a discontinuous long strip, and the specific design of a resistor with a suitable magnetic orientation will affect the magnetic transfer characteristics, so Principle-based magnetoresistive sensors exhibit undesired scattering in the output signal, in particular the Wheatstone bridge circuit to the inner area of the Wheatstone bridge circuit, which is particularly heavily affected, so the ratio of the problematic edge region is Decrease the output signal of the magnetoresistive sensor.

上述の不利点及び欠点に基づき、概説された従来技術の認識において、本発明の目的は、好適な磁気方位を持たずに製造されることができ、技術的に引き起こされるオフセットが最小化されるか、又は完全に除去される磁気抵抗センサ素子を提供することである。   Based on the above-mentioned disadvantages and drawbacks, in the recognition of the prior art outlined, the object of the present invention can be produced without a suitable magnetic orientation and the technically induced offset is minimized. Or to provide a magnetoresistive sensor element that is completely removed.

この目的は、請求項1に記載されたフィーチャを持つ磁気抵抗センサ素子、請求項6に記載されたフィーチャを持つ角度センサ、及び請求項10に記載されたフィーチャを持つ角度測定システムにより達成される。本発明の有利な実施例及び都合の良い成果は、それぞれの従属請求項において特徴付けられる。   This object is achieved by a magnetoresistive sensor element with the features as claimed in claim 1, an angle sensor with the features as claimed in claim 6, and an angle measuring system with the features as claimed in claim 10. . Advantageous embodiments and advantageous results of the invention are characterized in the respective dependent claims.

本発明は、磁気抵抗センサ素子が2次元構造の形で設計され、特にフラットであるという事実に基づく。したがって、複数の線形又はバー形ブリッジ抵抗器(→ホイートストンブリッジの形成)の代わりに、少なくとも1つのフラットな、特に異方性の、M[磁気]R[抵抗]素子を使用する。   The invention is based on the fact that the magnetoresistive sensor element is designed in the form of a two-dimensional structure and in particular is flat. Therefore, instead of a plurality of linear or bar bridge resistors (→ form a Wheatstone bridge), at least one flat, in particular anisotropic, M [magnetic] R [resistance] element is used.

前記磁気抵抗素子のこの2次元構造又はフラットな設計は、ホイートストンブリッジと比較して2つの決定的な利点、特に、
−より小さな技術的に引き起こされる電気的オフセットV0と、
−内部磁場H0により引き起こされる、より小さな角度誤差と、
を有する。
This two-dimensional structure or flat design of the magnetoresistive element has two crucial advantages compared to the Wheatstone bridge, in particular:
A smaller technically induced electrical offset V 0 , and
A smaller angular error caused by the internal magnetic field H 0 ,
Have

本発明によると、したがって、好適な磁気方位を持たないレイアウトが達成される(従来技術によるAMRホイートストンブリッジにおいて、このような好適な磁気方位は、振動する角度誤差を生じる)。   According to the present invention, a layout without a suitable magnetic orientation is thus achieved (in the AMR Wheatstone bridge according to the prior art, such a suitable magnetic orientation results in an oscillating angular error).

前記出力信号における不所望な散乱の発生は、したがって、前記センサ素子のフラットな設計により除去される。更に、前記センサ素子のフラットな設計のために、前記磁気抵抗センサ素子の供給電圧は、有利には、連続的に降下する。   The occurrence of unwanted scattering in the output signal is therefore eliminated by the flat design of the sensor element. Furthermore, because of the flat design of the sensor element, the supply voltage of the magnetoresistive sensor element advantageously drops continuously.

本発明の1つの特に好適な実施例によると、固有磁化H0は低い磁場強度を持ち、これにより、結果として生じる内部磁化Hresは、外部磁場Hextに本質的に平行に向けられる。 According to one particularly preferred embodiment of the invention, the intrinsic magnetization H 0 has a low magnetic field strength, so that the resulting internal magnetization H res is directed essentially parallel to the external magnetic field H ext .

更に、本発明による前記センサ素子の1つの有利な実施例において、差分電圧の勾配の方向は、供給電流の流れ又は前記供給電圧における降下の方向に本質的に垂直に向けられる。   Furthermore, in one advantageous embodiment of the sensor element according to the invention, the direction of the differential voltage gradient is oriented essentially perpendicular to the direction of the supply current flow or the drop in the supply voltage.

有利には、前記センサ素子は、少なくとも部分的に、少なくとも1つの強磁性合金、例えばパーマロイで形成される。ニッケル鉄合金パーマロイ(Ni80Fe20)は、低い磁場強度及び低いヒステリシス損失を同時に持つ高い透磁率の利点を提供する。このような強磁性構造の磁気特性は、外部形状により調整されることができる。更に、磁場により通過される場合、パーマロイは、オーム抵抗を数パーセントだけ変更する性質を持つ。 Advantageously, the sensor element is at least partly made of at least one ferromagnetic alloy, for example permalloy. Nickel-iron alloy permalloy (Ni 80 Fe 20 ) offers the advantage of high permeability with low magnetic field strength and low hysteresis loss at the same time. The magnetic properties of such a ferromagnetic structure can be adjusted by the external shape. Furthermore, permalloy has the property of changing the ohmic resistance by a few percent when passed by a magnetic field.

本発明の1つの本質的な実施例において、前記センサ素子は、特に供給端子及び信号タップを用いて、4つ以上のポールを有するように設計されることができる。この場合、前記センサ素子は、有利には、固定電位を形成するために少なくとも1つの接地点を有する。   In one essential embodiment of the invention, the sensor element can be designed to have more than three poles, in particular using supply terminals and signal taps. In this case, the sensor element advantageously has at least one ground point to form a fixed potential.

本発明の1つの有利な実施例において、前記センサ素子は、本質的に長方形に又は本質的に円形に設計されてもよい。これとは独立に、又はこれに連動して、前記センサ素子は、有利には、好適な磁気方位を持たない。   In one advantageous embodiment of the invention, the sensor element may be designed to be essentially rectangular or essentially circular. Independently or in conjunction with this, the sensor element advantageously does not have a suitable magnetic orientation.

本発明は、更に、上述のタイプの少なくとも1つのセンサ素子を有し、磁場強度、特に磁場強度の時間的勾配を測定する角度センサに関する。   The invention further relates to an angle sensor having at least one sensor element of the type described above and measuring the magnetic field strength, in particular the temporal gradient of the magnetic field strength.

このような角度センサは、単一の供給電圧のみが印加されることができるだけでない又は単一の供給電流のみが流れるだけでないように設計されてもよく、むしろ、1つの好都合な実施例において、前記角度センサは、第1の供給電圧の降下又は第1の供給電流の流れの方向が、第2の供給電圧の降下又は第2の供給電流の流れの方向に対して、所定の角度、例えば45度だけ回転又はオフセットされるように設計されてもよい。   Such an angle sensor may be designed such that not only a single supply voltage can be applied or only a single supply current flows, but in one advantageous embodiment, The angle sensor is configured such that a first supply voltage drop or a first supply current flow direction has a predetermined angle with respect to a second supply voltage drop or a second supply current flow direction, for example, It may be designed to be rotated or offset by 45 degrees.

これに関連して、前記角度センサは、有利には、
前記第1の供給電圧又は前記第1の供給電流に割り当てられた第1のセンサ素子、及び付加的に、
前記第2の供給電圧又は前記第2の供給電流に割り当てられた第2のセンサ素子、
を有することができる。
In this context, the angle sensor is advantageously
A first sensor element assigned to the first supply voltage or the first supply current, and additionally,
A second sensor element assigned to the second supply voltage or the second supply current;
Can have.

代わりに、前記角度センサの1つの好都合な実施例において、前記第1の供給電圧又は前記第1の供給電流及び前記第2の供給電圧又は前記第2の供給電流は、例えば、各場合において所定の角度、例えば45度だけ回転又はオフセットされる端子を用いて、同一のセンサ素子に割り当てられることもできる。   Instead, in one advantageous embodiment of the angle sensor, the first supply voltage or the first supply current and the second supply voltage or the second supply current are, for example, predetermined in each case. Can be assigned to the same sensor element using terminals that are rotated or offset by a certain angle, for example 45 degrees.

本発明は、更に、
上述のタイプの少なくとも1つの角度センサと、
前記角度センサの少なくとも1つの出力信号を供給されることができ、前記出力信号を評価するように備えられた少なくとも1つの回路構成、特に少なくとも1つの集積回路と、
を有する非接触式角度測定システムに関する。
The present invention further provides:
At least one angle sensor of the type described above;
At least one circuit configuration, in particular at least one integrated circuit, which can be supplied with at least one output signal of the angle sensor and is arranged to evaluate the output signal;
A non-contact angle measuring system having

本発明は、最終的に、
少なくとも1つのクランク軸角度を測定する場合に少なくとも1つの基準マークを検出するための、
金属物体を検出するための、
回転速度及び/又は電流を測定するための、
弱い磁場を検出するため、例えば少なくとも1つの駆動部、少なくとも1つの金属棒、少なくとも1つのカム、少なくとも1つの輪又は少なくとも1つの歯車のような、車又は機械の能動部品(active component)における小さな移動及び/又は変化を例えば検出するための、
トラフィック移動を検出及び/又は制御するための、
例えば少なくとも1つのコンパスを使用する、ナビゲーション目的の、又は
非接触式角度測定のための、
上述のタイプの少なくとも1つのセンサ素子及び/又は上述のタイプの少なくとも1つの角度センサ及び/又は上述のタイプの少なくとも1つの角度測定システムの使用に関する。
Finally, the present invention
For detecting at least one reference mark when measuring at least one crankshaft angle;
For detecting metal objects,
For measuring rotational speed and / or current,
To detect weak magnetic fields, small in active components of cars or machines, such as at least one drive, at least one metal rod, at least one cam, at least one wheel or at least one gear For detecting movement and / or change, for example,
For detecting and / or controlling traffic movement,
For example, using at least one compass, for navigation purposes, or for non-contact angle measurement
It relates to the use of at least one sensor element of the type described above and / or at least one angle sensor of the type described above and / or at least one angle measuring system of the type described above.

上述のタイプの磁気抵抗センサデバイス(又は磁気抵抗センサ素子)及び/又は上述のタイプの角度センサ及び/又は上述のタイプの角度測定システムは、有利には、
近接センサとして、
モーションセンサとして、又は
位置センサとして、
使用されることもできる。この場合、有利には、外部磁場のソースに対する検出されるべき対象の位置が変化する場合に前記センサ素子の比例する電圧信号を生じる外部磁場を使用する。
A magnetoresistive sensor device (or magnetoresistive sensor element) of the type described above and / or an angle sensor of the type described above and / or an angle measuring system of the type described above are advantageously
As a proximity sensor,
As a motion sensor or as a position sensor
It can also be used. In this case, it is advantageous to use an external magnetic field that produces a proportional voltage signal of the sensor element when the position of the object to be detected with respect to the source of the external magnetic field changes.

既に上で述べられたように、本発明の教示を有利に構成及び発展する様々な可能性が存在する。これに関して、一方で、請求項1、請求項6及び請求項10に従属する請求項が参照され、他方で、本発明の他の実施例、フィーチャ及び利点は、図1ないし6に示される実施例の複数の例の模範的実施を特に参照して以下により詳細に記載される。   As already mentioned above, there are various possibilities for advantageously configuring and developing the teachings of the present invention. In this regard, reference is made, on the one hand, to the claims subordinate to claims 1, 6 and 10, while other embodiments, features and advantages of the invention are illustrated in the implementation shown in FIGS. Examples will be described in more detail below with particular reference to exemplary implementations of examples.

同一又は同様な構成、要素又はフィーチャは、図1ないし7Bにおいて同一の参照符号を備える。   The same or similar configurations, elements or features comprise the same reference numbers in FIGS. 1-7B.

本発明によるセンサ素子100の3つの実施例が以下に与えられる。余分な繰り返しを避けるために、本発明の構成、フィーチャ及び利点に関する以下の説明は、(別に定められない限り)
図1に示される磁気抵抗センサ素子100の第1の実施例と、
図3に示される磁気抵抗センサ素子100の第2の実施例と、
図6に示される磁気抵抗センサ素子100の第3の実施例と、
に関する。
Three embodiments of the sensor element 100 according to the invention are given below. In order to avoid redundant repetition, the following description of the structure, features and advantages of the present invention is (unless otherwise specified)
A first embodiment of the magnetoresistive sensor element 100 shown in FIG.
A second embodiment of the magnetoresistive sensor element 100 shown in FIG.
A third embodiment of the magnetoresistive sensor element 100 shown in FIG.
About.

図1に示される前記第1の実施例において、センサ素子100は、フラットな、本質的に長方形のA[異方性]M[磁気]R[抵抗]素子として設計され、この場合、AMR効果は50倍大きく示される。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the sensor element 100 is designed as a flat, essentially rectangular A [anisotropic] M [magnetic] R [resistance] element, in this case the AMR effect. Is shown 50 times larger.

このAMR素子100は、供給端子10を介して及びグラウンド電位GNDにおける基準端子12を介して供給電圧VCC(以下VCCとしても与えられる)及び供給電圧VCCによりもたらされる供給電流iをそれぞれ供給される。この場合、端子10及び12は、互いに反対であり、それぞれの場合に幅wを持つAMR素子100の側面のほぼ中心に配置される。 The AMR element 100 is supplied with a supply voltage VCC (hereinafter also referred to as V CC ) and a supply current i provided by the supply voltage VCC through a supply terminal 10 and a reference terminal 12 at the ground potential GND. . In this case, the terminals 10 and 12 are opposite to each other and are arranged approximately at the center of the side surface of the AMR element 100 having a width w in each case.

AMR素子100の原理は、AMR素子100の固有磁化H0及び外部磁場Hextを重ねることにより、結果として生じる内部磁場Hresが生成されるという事実に基づく。 The principle of the AMR element 100 is based on the fact that by superimposing the intrinsic magnetization H 0 and the external magnetic field H ext of the AMR element 100, the resulting internal magnetic field H res is generated.

図1に示されるAMR素子100において、特徴的な固有磁場強度H0は低い(←→好適な磁気方位が無い)ので、結果として生じる内部磁化Hresは、低い磁場強度であっても外部磁場Hextにほぼ平行に向けられ、換言すると、結果として生じる内部磁化Hresの方向は外部磁場Hextの方向に対応する。AMR素子100は、したがって、外部磁場Hextの方向に導電率ρ及び前記方向に垂直にρを持つ。 In the AMR element 100 shown in FIG. 1, since the characteristic intrinsic magnetic field strength H 0 is low (← → no suitable magnetic orientation), the resulting internal magnetization H res is an external magnetic field even at a low magnetic field strength. Directed substantially parallel to H ext , in other words, the direction of the resulting internal magnetization H res corresponds to the direction of the external magnetic field H ext . The AMR element 100 therefore has a conductivity ρ 方向 in the direction of the external magnetic field H ext and ρ 垂直 perpendicular to said direction.

方向D(=電流の所定の方向又は供給電圧VCCとグラウンド電位GNDとの間、換言すると供給端子10と基準端子12との間、の電圧降下の方向)と外部磁場Hextの方向(=本質的に結果として生じる内部磁場Hresの方向)との間の角度αに依存して、差分電圧Vout(いわゆる擬似ホール電圧(pseudo-Hall voltage))がAMR素子100においてセットされ、前記電圧は、供給電圧VCCに対して規格化された形式で以下の式により記載される。

Figure 2007537437
ここで、fは、0ないし1の(幾何学的)補正因子であり、
wは、(VCC−GNDに垂直に規定される)AMRセンサ素子100の幅であり、
lは、(VCC−GNDに沿って規定される)AMRセンサ素子100の長さである。 Direction D (= predetermined direction of current or between supply voltage VCC and ground potential GND, in other words, the direction of voltage drop between supply terminal 10 and reference terminal 12) and direction of external magnetic field H ext (= essential) Depending on the angle α with respect to the resulting internal magnetic field H res ), a differential voltage V out (so-called pseudo-Hall voltage) is set in the AMR element 100, which voltage is Is described by the following equation in a standardized format for the supply voltage VCC.
Figure 2007537437
Where f is a (geometric) correction factor between 0 and 1,
w is the width of the AMR sensor element 100 (defined perpendicular to VCC-GND);
l is the length of the AMR sensor element 100 (defined along VCC-GND).

所定の磁場角度を持つ外部磁場Hextのため、例えばAMR素子100が移動される場合にAMR素子100における異なる導電率が上述のようにセットされる。これらの導電率は、差分電圧出力信号Voutの形式でタップされることができる。 Due to the external magnetic field H ext having a predetermined magnetic field angle, for example, when the AMR element 100 is moved, different conductivities in the AMR element 100 are set as described above. These conductivities can be tapped in the form of a differential voltage output signal Vout .

この目的で、AMR素子100は、互いに反対に位置する2つのタッピング電極20及び22、特に、
(正の差分電圧VoutをタップするタップV+に対する)1つの正のタッピング電極20と、
(負の差分電圧VoutをタップするタップV−に対する)1つの負のタッピング電極22と、
を有する。
For this purpose, the AMR element 100 comprises two tapping electrodes 20 and 22, located opposite to each other, in particular
One positive tapping electrode 20 (for tap V + tapping the positive differential voltage Vout );
One negative tapping electrode 22 (for a tap V− that taps the negative differential voltage V out );
Have

2つのタッピング電極20及び22は、それぞれの場合に、長さ1を持つAMR素子100の側面のほぼ中心に配置される。   The two tapping electrodes 20 and 22 are arranged approximately in the center of the side surface of the AMR element 100 having a length 1 in each case.

図1において、AMRセンサ100の等電位線が異なる色を使用して示される。ここで、それぞれの場合におけるカラーストリップの外側限界は、等電位線に対応し、完全な供給電圧VCC(=100%VCC)からグラウンド電位GND(=0%VCC)への電圧降下は、図1の右側の縁におけるストリップによりもう一度示される。   In FIG. 1, the equipotential lines of the AMR sensor 100 are shown using different colors. Here, the outer limit of the color strip in each case corresponds to the equipotential line, and the voltage drop from the complete supply voltage VCC (= 100% VCC) to the ground potential GND (= 0% VCC) is shown in FIG. Again, it is indicated by a strip at the right edge.

図2は、AMR素子100の(規格化された)出力信号Voutと外部磁場Hext又は結果として生じる内部磁場Hresの角度αとの間の関係を示す。 FIG. 2 shows the relationship between the (normalized) output signal V out of the AMR element 100 and the angle α of the external magnetic field H ext or the resulting internal magnetic field H res .

この関係は、外部磁場Hextが印加される場合に磁気導体の抵抗R又は固有抵抗ρが変化するという事実に原因があることができる。外部磁場Hextが前記磁気導体の面に平行に及び前記磁気導体内を流れる電流iに垂直に印加される場合、前記磁気導体の内部磁場Hresのベクトルは角度αだけ回転する。前記磁気導体の抵抗R又は固有抵抗ρは、したがって、以下の式によって角度αに関して配置されることができる。
ρ=ρ+(ρ−ρ)cos2α
ここで、ρは、材料定数であり、
ρは、材料定数である。
This relationship can be attributed to the fact that the resistance R or resistivity ρ of the magnetic conductor changes when an external magnetic field H ext is applied. When an external magnetic field H ext is applied parallel to the plane of the magnetic conductor and perpendicular to the current i flowing in the magnetic conductor, the vector of the internal magnetic field H res of the magnetic conductor rotates by an angle α. The resistance R or resistivity ρ of the magnetic conductor can therefore be arranged with respect to the angle α by the following equation:
ρ = ρ + (ρ −ρ ) cos 2 α
Where ρ 材料 is a material constant,
ρ is a material constant.

AMR素子100の差分出力信号V−又はV+は、sin2αに比例するので、図1に示されるAMR素子100は、90度の角度範囲を検出することができる(図2参照)。   Since the differential output signal V− or V + of the AMR element 100 is proportional to sin2α, the AMR element 100 shown in FIG. 1 can detect an angle range of 90 degrees (see FIG. 2).

図2において、外部磁場Hextの(電流iの方向Dに対する)角度αが横座標上にプロットされ、図1に示されるAMR素子100の規格化された出力電圧Voutが縦座標上にプロットされる。AMR素子100の図示された出力信号の振幅は、9.5mV/Vであり、これは(約12mV/kV)のAMR効果のおよそ80パーセントに対応する。 In FIG. 2, the angle α (with respect to the direction D of the current i) of the external magnetic field H ext is plotted on the abscissa, and the normalized output voltage V out of the AMR element 100 shown in FIG. 1 is plotted on the ordinate. Is done. The amplitude of the illustrated output signal of AMR element 100 is 9.5 mV / V, which corresponds to approximately 80 percent of the AMR effect of (about 12 mV / kV).

フラットなAMR角度センサ素子100の伝達特性は、既知のホイートストンブリッジ(従来技術参照)のものに対応する。AMR角度センサ素子100の伝達関数は、したがって、

Figure 2007537437
を示す。 The transfer characteristic of the flat AMR angle sensor element 100 corresponds to that of a known Wheatstone bridge (see prior art). The transfer function of the AMR angle sensor element 100 is thus:
Figure 2007537437
Indicates.

わずかに低い振幅を与えられると、フラットな及び/又は2次元AMR構造100に対する製造上の影響のため、線形の個々の抵抗器からなる完全なブリッジの場合より大幅に低いオフセットV0が生成される。線形抵抗器(従来技術、即ち図7A及び図7Bを参照)の代わりのフラットなAMR素子100の使用は、同程度の有用な振幅を持ちながら負所望な電気的オフセットをこのように減少する。結果として、AMR角度センサを製造する場合の効率は増大されることができ、後の信号処理の間の複雑さが減少されることができる。 Given a slightly lower amplitude, manufacturing effects on the flat and / or two-dimensional AMR structure 100 produce a significantly lower offset V 0 than in the case of a full bridge consisting of linear individual resistors. The The use of a flat AMR element 100 instead of a linear resistor (see prior art, see FIGS. 7A and 7B) thus reduces the negative desired electrical offset while having a comparable useful amplitude. As a result, the efficiency in manufacturing an AMR angle sensor can be increased and the complexity during later signal processing can be reduced.

新しい2次元AMR素子100の他の利点は、好適な磁気方位を持たずに製造されることができることである。従来のホイートストンブリッジにおいて、このような好適な方位は、最高0.3度になる振幅を持つ振動する角度誤差を引き起こす。   Another advantage of the new two-dimensional AMR element 100 is that it can be manufactured without a suitable magnetic orientation. In conventional Wheatstone bridges, such a suitable orientation causes an oscillating angular error with an amplitude of up to 0.3 degrees.

更に、AMR素子100の記載されたフラットな設計のため、前記電気的オフセットの温度係数も低い。   Furthermore, due to the described flat design of the AMR element 100, the temperature coefficient of the electrical offset is also low.

図3は、好適な磁気方位を持たないフラットなAMR素子100を示す。フラットなAMR素子100は、円形パーマロイ(AMR)層から形成され、対応する電極、特に供給端子10と、正のタッピング電極20と、基準端子12と、負のタッピング電極22とは、それぞれの場合に反時計回りの方向に90度だけ互いに対してオフセットされて前記円形パーマロイ(AMR)層に配置される。   FIG. 3 shows a flat AMR element 100 with no preferred magnetic orientation. The flat AMR element 100 is formed from a circular permalloy (AMR) layer, and the corresponding electrodes, in particular the supply terminal 10, the positive tapping electrode 20, the reference terminal 12 and the negative tapping electrode 22, are in each case. The circular permalloy (AMR) layers are offset from each other by 90 degrees counterclockwise.

図3に示されるAMR素子100の出力信号の振幅は、11.5mV/Vであり、したがって、図1に示されるAMR素子100の出力信号の振幅よりおよそ5分の1高い(図2参照)。   The amplitude of the output signal of the AMR element 100 shown in FIG. 3 is 11.5 mV / V, and therefore is approximately one fifth higher than the amplitude of the output signal of the AMR element 100 shown in FIG. 1 (see FIG. 2). .

本発明は、
複数のAMRセンサ素子100,110を組み合わせる(図4参照)可能性、又は
差分電圧をタップするために2より多い電極20、22、24、26を使用する(図6参照)可能性、
をも含む。
The present invention
The possibility of combining multiple AMR sensor elements 100, 110 (see FIG. 4), or the possibility of using more than two electrodes 20, 22, 24, 26 (see FIG. 6) to tap the differential voltage;
Is also included.

図4は、角度センサ200の一実施例を有する非接触式角度測定システム400の一実施例を示す。角度センサ200は、第1のAMRセンサ素子100及び第2のAMRセンサ素子110を有し、これら2つのセンサ素子100及び110は、互いに対して特定の角度、特に45度だけ回転される。   FIG. 4 illustrates one embodiment of a non-contact angle measurement system 400 having one embodiment of the angle sensor 200. The angle sensor 200 has a first AMR sensor element 100 and a second AMR sensor element 110, which are rotated by a specific angle, in particular 45 degrees, relative to each other.

このような構成において、AMRセンサ素子100及び110の出力信号210、212及び214、216は、AMRセンサ素子100の出力信号210及び212がsin2αに比例し、45度だけ回転されたAMRセンサ素子110の出力信号214及び216がcos2αに比例するので、互いに対して90度だけ位相オフセットを示す。   In such a configuration, the output signals 210, 212, 214, and 216 of the AMR sensor elements 100 and 110 are the same as the output signals 210 and 212 of the AMR sensor element 100, which are proportional to sin2α and rotated by 45 degrees. Output signals 214 and 216 are proportional to cos2α, thus exhibiting a phase offset of 90 degrees relative to each other.

センサ素子100及び110のこのような構成は、したがって、180度の角度範囲を検出することを可能にする(図5参照)。図5において、外部磁場Hextの角度αが横座標上にプロットされ、AMR素子100及び110の規格化された差分出力電圧Voutが縦座標上にプロットされる。 Such a configuration of the sensor elements 100 and 110 thus makes it possible to detect an angular range of 180 degrees (see FIG. 5). In FIG. 5, the angle α of the external magnetic field H ext is plotted on the abscissa, and the normalized differential output voltage V out of the AMR elements 100 and 110 is plotted on the ordinate.

角度測定システム400は、角度センサ200に加えて、センサ素子100及び110の出力信号210、212及び214、216を評価する集積回路300を有し、この回路構成300は、
第1のセンサ素子100の出力信号210、212及び入力バッファ310の第1の出力信号312を供給されることができる第1のアナログ/デジタル変換器320と、
第2のセンサ素子110の出力信号214、216及び入力バッファ310の第2の出力信号314を供給されることができる第2のアナログ/デジタル変換器330と、
を有する。
In addition to the angle sensor 200, the angle measurement system 400 includes an integrated circuit 300 that evaluates the output signals 210, 212, 214, and 216 of the sensor elements 100 and 110.
A first analog / digital converter 320 that can be supplied with the output signals 210, 212 of the first sensor element 100 and the first output signal 312 of the input buffer 310;
A second analog / digital converter 330 that can be supplied with the output signals 214, 216 of the second sensor element 110 and the second output signal 314 of the input buffer 310;
Have

アナログ/デジタル変換器320及び330の第1の出力信号322及び332から角度α1又はα2を決定するために、集積回路300は、更に、2つのアナログ/デジタル変換器320及び330の下流に配置された算術ユニット340を有する。   In order to determine the angle α1 or α2 from the first output signals 322 and 332 of the analog / digital converters 320 and 330, the integrated circuit 300 is further arranged downstream of the two analog / digital converters 320 and 330. Arithmetic unit 340.

更に、出力されるべき曲線の特性を適合するために、アナログ/デジタル変換器320及び330の第2の出力信号324及び334並びに算術ユニット340の出力信号342を供給されることができる適合ユニット350が備えられ、前記適合ユニットは、算術ユニット340とデジタル/アナログ変換器360との間に接続される。   Further, a fitting unit 350 that can be supplied with the second output signals 324 and 334 of the analog / digital converters 320 and 330 and the output signal 342 of the arithmetic unit 340 in order to adapt the characteristics of the curve to be output. The adaptation unit is connected between the arithmetic unit 340 and the digital / analog converter 360.

集積回路300に更に割り当てられたこのデジタル/アナログ変換器360は、適合ユニット350の出力信号352を供給されることができる。集積回路300の出力信号372をバッファ記憶するために、デジタル/アナログ変換器360の出力信号362を供給されることができる出力バッファ370が備えられる。   This digital / analog converter 360 further assigned to the integrated circuit 300 can be supplied with the output signal 352 of the adaptation unit 350. In order to buffer the output signal 372 of the integrated circuit 300, an output buffer 370 is provided that can be supplied with the output signal 362 of the digital / analog converter 360.

最後に、集積回路構成300は、
振動子/クロック生成器ユニット380と、
決定された値を試験及び/又は比較するように備えられた試験/トリム(trim)ユニット382と、
リセットユニット384と、
を有する。
Finally, the integrated circuit configuration 300 is
An oscillator / clock generator unit 380;
A test / trim unit 382 equipped to test and / or compare the determined values;
A reset unit 384;
Have

図6は、磁気抵抗センサ素子100の第3の実施例を示す。このフラットなAMR素子100は、円形に設計され、異なる差分電圧Vout1及びVout2をそれぞれタップする合計4つのタッピング電極20、22及び24、26を有する。 FIG. 6 shows a third embodiment of the magnetoresistive sensor element 100. This flat AMR element 100 is designed in a circular shape and has a total of four tapping electrodes 20, 22 and 24, 26 that tap different differential voltages Vout1 and Vout2 , respectively.

第1の正のタッピング電極20及び第2の負のタッピング電極22は、互いに反対に配置され、それぞれの場合に、
タッピング電極20及び22に割り当てられた供給端子10に対して、及び
タッピング電極20及び22に割り当てられた基準端子12に対して、
90度だけオフセットされる。第1の供給電圧VCC1は、供給電極10及び基準端子12を用いてグラウンド電位GND1に対してAMR素子100に印加される。
The first positive tapping electrode 20 and the second negative tapping electrode 22 are arranged opposite to each other, and in each case,
For the supply terminal 10 assigned to the tapping electrodes 20 and 22 and for the reference terminal 12 assigned to the tapping electrodes 20 and 22
Offset by 90 degrees. The first supply voltage VCC1 is applied to the AMR element 100 with respect to the ground potential GND1 using the supply electrode 10 and the reference terminal 12.

第3の正のタッピング電極24及び第4の負のタッピング電極26は、同様に互いに反対に配置され、それぞれの場合に、
タッピング電極24及び26に割り当てられた供給端子14に対して、及び
タッピング電極24及び26に割り当てられた基準端子16に対して、
90度だけオフセットされる。第2の供給電圧VCC2は、供給電極14及び基準端子16を用いてグラウンド電位GND2に対してAMR素子100に印加される。
The third positive tapping electrode 24 and the fourth negative tapping electrode 26 are likewise arranged opposite to each other, and in each case,
For the supply terminal 14 assigned to the tapping electrodes 24 and 26, and for the reference terminal 16 assigned to the tapping electrodes 24 and 26,
Offset by 90 degrees. The second supply voltage VCC2 is applied to the AMR element 100 with respect to the ground potential GND2 using the supply electrode 14 and the reference terminal 16.

第3のタッピング電極24は、したがって、供給電圧VCC2又は電流i2に対する第1のタッピング電極であり、第4のタッピング電極26は、したがって、供給電圧VCC2又は電流i2に対する第2のタッピング電極である。   The third tapping electrode 24 is therefore the first tapping electrode for the supply voltage VCC2 or current i2, and the fourth tapping electrode 26 is therefore the second tapping electrode for the supply voltage VCC2 or current i2.

電極14、16及び24、26は、それぞれの場合に、電極10、12及び20、22に対して時計回りの方向に45度だけオフセットされて配置される。図6に示される第3の実施例は、したがって、図4に示された角度センサ200の一体化された実施例にほぼ対応する。(図4に示される角度センサ200において、電極14、16及び24、26は第2のセンサ素子110に割り当てられ、第2のセンサ素子110は、電極10、12及び20、22を有する第1のセンサ素子100に対して時計回り方向に45度だけ回転される。)   The electrodes 14, 16 and 24, 26 are in each case arranged offset by 45 degrees in the clockwise direction with respect to the electrodes 10, 12 and 20, 22. The third embodiment shown in FIG. 6 therefore substantially corresponds to the integrated embodiment of the angle sensor 200 shown in FIG. (In the angle sensor 200 shown in FIG. 4, the electrodes 14, 16 and 24, 26 are assigned to the second sensor element 110, and the second sensor element 110 includes the first electrodes 10, 12 and 20, 22. The sensor element 100 is rotated by 45 degrees in the clockwise direction.)

図6に示されたフラットなセンサ素子100の前記電極の記載された構成のため、図4に示された角度センサ200の場合と同様な技術的効果が達成され、換言すると、タッピング電極20、22及び24、26によりタップされた出力信号Vout1及びVout2は、図5と同等な位相シフトを示す。 Due to the described configuration of the electrodes of the flat sensor element 100 shown in FIG. 6, a technical effect similar to that of the angle sensor 200 shown in FIG. 4 is achieved, in other words, the tapping electrode 20, The output signals V out1 and V out2 tapped by 22, 24, and 26 show a phase shift equivalent to that in FIG.

上述の発明と従来技術との間の差を示すために、いわゆるダブルブリッジの形の既知の角度センサが図7Aに示される。この角度センサは、互いに対して45度だけオフセットされた2つのホイートストンブリッジを有し、
第1のホイートストンブリッジの抵抗器R1a、R1b、R1c及びR1dと、
第2のホイートストンブリッジの抵抗器R2a、R2b、R2c及びR2dとが関連付けられている。
To illustrate the difference between the above-described invention and the prior art, a known angle sensor in the form of a so-called double bridge is shown in FIG. 7A. This angle sensor has two Wheatstone bridges offset by 45 degrees relative to each other,
First Wheatstone bridge resistors R1a, R1b, R1c and R1d;
Associated with resistors W2a, R2b, R2c and R2d of the second Wheatstone bridge.

このようなホイートストンブリッジの回路構成は、図7Bに示される。4つの抵抗器R1a、R1b、R1c及びR1dの他に、前記ホイートストンブリッジは、
供給電圧VCCを印加する供給端子と、
接地された基準端子GNDと、
負の出力信号V−又は負の差分電圧−Voutをタップするタッピング電極と、
正の出力信号V+又は正の差分電圧+Voutをタップするタッピング電極と、
を有する。
The circuit configuration of such a Wheatstone bridge is shown in FIG. 7B. In addition to the four resistors R1a, R1b, R1c and R1d, the Wheatstone bridge is
A supply terminal for applying a supply voltage VCC;
A grounded reference terminal GND;
And tapping electrodes for tapping a negative output signal V- or negative differential voltage -V out,
A tapping electrode for tapping a positive output signal V + or a positive differential voltage + Vout ;
Have

本発明による磁気抵抗センサ素子の第1の実施例を概略的に示す。1 schematically shows a first embodiment of a magnetoresistive sensor element according to the invention; 図1のセンサ素子の規格化された出力信号に対してプロットされた、供給電流と外部磁場との間の角度を概略的に示す。Fig. 2 schematically shows the angle between the supply current and the external magnetic field plotted against the normalized output signal of the sensor element of Fig. 1; 本発明による磁気抵抗センサ素子の第2の実施例を概略的に示す。2 schematically shows a second embodiment of a magnetoresistive sensor element according to the invention. 図1又は図3の2つのセンサ素子を有する本発明による角度センサの一実施例を有し、前記2つのセンサ素子が互いに対して45度の角度だけオフセットされて配置された、本発明による非接触式角度測定システムの一実施例を概略的に示す。An embodiment of the angle sensor according to the invention having two sensor elements of FIG. 1 or 3, wherein the two sensor elements are arranged offset by an angle of 45 degrees with respect to each other. 1 schematically illustrates an embodiment of a contact angle measurement system. 図4のセンサ素子の規格化された出力信号に対してそれぞれの場合にプロットされた決定されるべき角度α1及びα2を概略的に示す。5 schematically shows the angles α1 and α2 to be determined plotted in each case against the normalized output signal of the sensor element of FIG. 本発明による磁気抵抗センサ素子の第3の実施例を概略的に示す。3 schematically shows a third embodiment of a magnetoresistive sensor element according to the invention. いわゆるダブルブリッジの形の従来技術による角度センサを概略的に示す。1 schematically shows a prior art angle sensor in the form of a so-called double bridge. 図7Aの角度センサに対する従来技術によるホイートストンブリッジの回路構成を概略的に示す。7B schematically shows a circuit configuration of a Wheatstone bridge according to the prior art for the angle sensor of FIG. 7A.

符号の説明Explanation of symbols

100:第1の磁気抵抗センサ素子、特に第1の異方性磁気抵抗センサ素子
110:第2の磁気抵抗センサ素子、特に第2の異方性磁気抵抗センサ素子
10:供給端子、特に第1のセンサ素子100の第1の供給端子
12:(供給端子10に対する)基準端子、特に、例えばグラウンド電位GND、特に第1のグラウンド電位GND1における前記第1のセンサ素子100の(第1の供給端子10に対する)第1の基準端子
14:第2のセンサ素子110の供給端子(図4、第2の実施例を参照)又は第1のセンサ素子100の第2の供給端子(図6、第3の実施例を参照)
16:例えばグラウンド電位GNDにおける、第2のセンサ素子110の(供給端子14に対する)基準端子(図4、第2の実施例を参照)、又は例えばグラウンド電位GND2における、第1のセンサ素子100の(第2の供給端子14に対する)第2の基準端子(図6、第3の実施例を参照)
20:第1のセンサ素子100の第1の、特に正の、タッピング電極
22:第1のセンサ素子100の第2の、特に負の、(第1のタッピング電極20に対する)タッピング電極
24:第2のセンサ素子110の第1の、特に正の、タッピング電極(図4、第2の実施例を参照)、又は第1のセンサ素子100の第3の、特に正の、タッピング電極(図6、第3の実施例を参照)
26:第2のセンサ素子110の第2の、特に負の、(第1のタッピング電極24に対する)タッピング電極(図4、第2の実施例を参照)、又は第1のセンサ素子100の第4の、特に負の、タッピング電極(図6、第3の実施例を参照)
200:角度センサ
210:角度センサ200の第1の出力信号、特に第1のセンサ素子100の正の出力信号
212:角度センサ200の第2の出力信号、特に第1のセンサ素子100の負の出力信号
214:角度センサ200の第3の出力信号、特に第2のセンサ素子110の正の出力信号
216:角度センサ200の第4の出力信号、特に第2のセンサ素子110の負の出力信号
300:出力信号210、212、214、216を評価する回路構成、特に集積回路
310:入力バッファ
312:入力バッファ310の第1の出力信号
314:入力バッファ310の第2の出力信号
320:第1のアナログ/デジタル変換器
322:第1のアナログ/デジタル変換器320の第1の出力信号
324:第1のアナログ/デジタル変換器320の第2の出力信号
330:第2のアナログ/デジタル変換器
332:第2のアナログ/デジタル変換器330の第1の出力信号
334:第2のアナログ/デジタル変換器330の第2の出力信号
340:算術ユニット
342:算術ユニット340の出力信号
350:適合ユニット
352:適合ユニット350の出力信号
360:デジタル/アナログ変換器
362:デジタル/アナログ変換器360の出力信号
370:出力バッファ
372:角度測定システム400の出力信号、特に回路構成300の出力信号、特定的には出力バッファ370の出力信号
380:振動子/クロック生成器ユニット
382:試験/トリムユニット
384:リセットユニット
400:非接触式角度測定システム
α:供給電圧VCCの降下又は供給電流iの流れの方向Dと結果として生じる磁場Hresの方向との間の角度
α1:第1の供給電圧VCC1の降下又は第1の電流i1の流れの方向D1と結果として生じる磁場Hresの方向との間の角度
α2:第2の供給電圧VCC2の降下又は第2の電流i2の流れの方向D2と結果として生じる磁場Hresの方向との間の角度
D:供給電圧VCCの降下、又は供給電流iの流れの方向
D1:第1の供給電圧VCC1の降下又は第1の供給電流の流れの方向
D2:第2の供給電圧VCC2の降下又は第2の供給電流の流れの方向
GND:基準電位、特にグラウンド電位
GND1:第1の基準電位、特に第1のグラウンド電位
GND2:第2の基準電位、特に第2のグラウンド電位
0:固有磁化、特に固有磁場
ext:外部磁場
res:結果として生じる内部磁場
i:供給電流
i1:第1の供給電流
i2:第2の供給電流
VCC=VCC:特にグラウンド電位GNDに対する、供給電圧
VCC1:特にグラウンド電位GND1に対する、第1の供給電圧
VCC2:特にグラウンド電位GND2に対する、第2の供給電圧
out:電圧差又は差分電圧
out1:第1の電圧差又は第1の差分電圧
out2:第2の電圧差又は第2の差分電圧
V+:特に第1のタッピング電極20においてタップされるべき正の差分電圧Vout
V+1:特に第1のタッピング電極20においてタップされるべき正の差分電圧Vout1
V−1:特に第2のタッピング電極22においてタップされるべき負の差分電圧Vout1
V+2:特に第1のタッピング電極24(図4、第2の実施例を参照)において又は第3のタッピング電極24(図6、第3の実施例を参照)においてタップされるべき正の差分電圧Vout2
V−2:特に第2のタッピング電極26(図4、第2の実施例を参照)において又は第4のタッピング電極26(図6、第3の実施例を参照)においてタップされるべき負の差分電圧Vout2
100: first magnetoresistive sensor element, particularly first anisotropic magnetoresistive sensor element 110: second magnetoresistive sensor element, particularly second anisotropic magnetoresistive sensor element 10: supply terminal, particularly first First supply terminal 12 of the first sensor element 100: a reference terminal (relative to the supply terminal 10), in particular the first potential of the first sensor element 100, for example at the ground potential GND, in particular the first ground potential GND1. 10) first reference terminal 14: supply terminal of the second sensor element 110 (see FIG. 4, second embodiment) or second supply terminal of the first sensor element 100 (FIG. 6, third) See examples)
16: Reference terminal (see FIG. 4, second embodiment) of the second sensor element 110 (relative to the supply terminal 14), for example at ground potential GND, or of the first sensor element 100, for example at ground potential GND2. Second reference terminal (relative to second supply terminal 14) (see FIG. 6, third embodiment)
20: First, particularly positive, tapping electrode 22 of the first sensor element 100: Second, particularly negative, tapping electrode 24 of the first sensor element 100 (relative to the first tapping electrode 20): Second A first, particularly positive, tapping electrode of two sensor elements 110 (see FIG. 4, second embodiment), or a third, particularly positive, tapping electrode of first sensor element 100 (FIG. 6). See the third embodiment)
26: The second, particularly negative, tapping electrode (relative to the first tapping electrode 24) of the second sensor element 110 (see FIG. 4, second embodiment) or the first of the first sensor element 100 4, especially negative, tapping electrode (see FIG. 6, third embodiment)
200: Angle sensor 210: The first output signal of the angle sensor 200, in particular, the positive output signal 212 of the first sensor element 100: The second output signal of the angle sensor 200, particularly the negative of the first sensor element 100 Output signal 214: third output signal of angle sensor 200, in particular positive output signal of second sensor element 110 216: fourth output signal of angle sensor 200, in particular negative output signal of second sensor element 110 300: a circuit configuration for evaluating the output signals 210, 212, 214, 216, particularly the integrated circuit 310: the input buffer 312: the first output signal 314 of the input buffer 310: the second output signal 320 of the input buffer 310: the first Analog / digital converter 322: first output signal 324 of first analog / digital converter 320: first analog / digital converter 3 0 second output signal 330: second analog / digital converter 332: second analog / digital converter 330 first output signal 334: second analog / digital converter 330 second output Signal 340: Arithmetic unit 342: Arithmetic unit 340 output signal 350: Adaptation unit 352: Adaptation unit 350 output signal 360: Digital / analog converter 362: Digital / analog converter 360 output signal 370: Output buffer 372: Angle The output signal of the measurement system 400, in particular the output signal of the circuit arrangement 300, in particular the output signal 380 of the output buffer 370: transducer / clock generator unit 382: test / trim unit 384: reset unit 400: non-contact angle Measurement system α: of supply voltage VCC drop or supply current i flow Angle α between the direction D and the direction of the resulting magnetic field H res 1: between the direction D1 of the drop of the first supply voltage VCC1 or the flow of the first current i1 and the direction of the resulting magnetic field H res Angle α2: The angle D between the direction D2 of the drop of the second supply voltage VCC2 or the flow of the second current i2 and the direction of the resulting magnetic field Hres : The drop of the supply voltage VCC or the flow of the supply current i Direction D1: drop in the first supply voltage VCC1 or first supply current flow direction D2: drop in the second supply voltage VCC2 or second supply current flow direction GND: reference potential, in particular ground potential GND1: first reference potential, in particular the first ground potential GND2: second reference potential, in particular the second ground potential H 0: intrinsic magnetization, in particular intrinsic magnetic field H ext: the external magnetic field H res: internal magnetic field resulting : Supply current i1: first supply current i2: second supply current VCC = V CC: especially against the ground potential GND, and the supply voltage VCC1: especially against ground potential GND2: particularly with respect to the ground potential GND1, the first supply voltage VCC2 , Second supply voltage V out : voltage difference or differential voltage V out1 : first voltage difference or first differential voltage V out2 : second voltage difference or second differential voltage V +: in particular the first tapping electrode Positive differential voltage V out to be tapped at 20
V + 1: In particular, the positive differential voltage V out1 to be tapped at the first tapping electrode 20
V-1: Negative differential voltage V out1 to be tapped especially at the second tapping electrode 22
V + 2: Positive differential voltage to be tapped, particularly at the first tapping electrode 24 (see FIG. 4, second embodiment) or at the third tapping electrode 24 (see FIG. 6, third embodiment) V out2
V-2: In particular negative to be tapped at the second tapping electrode 26 (see FIG. 4, second embodiment) or at the fourth tapping electrode 26 (see FIG. 6, third embodiment) Differential voltage V out2

Claims (12)

少なくとも1つの供給端子を用いて、特に少なくとも第1の供給端子を用いて、
少なくとも1つの基準端子を用いて、特に、例えばグラウンド電位における、少なくとも第2の供給端子を用いて、
少なくとも1つの供給電圧及び少なくとも1つの供給電流をそれぞれ供給されることができる磁気抵抗センサ素子であって、
前記供給電圧の降下又は前記供給電流の流れの方向と、
結果として生じる内部磁場の方向との間の、
角度の関数としてセットされる差分電圧が、
少なくとも第1の、特に正の、タッピング電極と、少なくとも第2の、特に負の、タッピング電極との間でタップされることができ、
前記結果として生じる内部磁場の方向が、固有磁化及び少なくとも1つの外部磁場を重ねることにより与えられる、磁気抵抗センサ素子において、
前記磁気抵抗センサ素子がフラットになるように設計され、特に前記供給電圧の降下が連続的であることを特徴とする、磁気抵抗センサ素子。
With at least one supply terminal, in particular with at least a first supply terminal,
With at least one reference terminal, in particular with at least a second supply terminal, for example at ground potential,
A magnetoresistive sensor element capable of being respectively supplied with at least one supply voltage and at least one supply current,
Direction of the supply voltage drop or supply current flow;
Between the direction of the resulting internal magnetic field,
The differential voltage set as a function of angle is
Can be tapped between at least a first, in particular positive, tapping electrode and at least a second, in particular negative, tapping electrode;
In the magnetoresistive sensor element, wherein the direction of the resulting internal magnetic field is given by superimposing the intrinsic magnetization and at least one external magnetic field,
Magnetoresistive sensor element, characterized in that the magnetoresistive sensor element is designed to be flat, in particular the supply voltage drop is continuous.
前記結果として生じる内部磁化が、前記外部磁場に本質的に平行に向けられることを特徴とする、請求項1に記載のセンサ素子。   Sensor element according to claim 1, characterized in that the resulting internal magnetization is directed essentially parallel to the external magnetic field. 前記差分電圧の勾配の方向が、前記供給電圧の降下又は前記供給電流の流れの方向に本質的に垂直に向けられることを特徴とする、請求項1又は2に記載のセンサ素子。   Sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that the direction of the gradient of the differential voltage is oriented essentially perpendicular to the direction of the supply voltage drop or the supply current flow. 前記センサ素子が、少なくとも部分的に少なくとも1つの強磁性合金、例えばパーマロイから形成されることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか一項に記載のセンサ素子。   4. Sensor element according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor element is at least partly formed from at least one ferromagnetic alloy, for example permalloy. 前記センサ素子が、
4つ以上のポールを有するように設計され、及び/又は
本質的に長方形に又は本質的に円形に設計され、及び/又は
好適な磁気方位を持たない、
ことを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか一項に記載のセンサ素子。
The sensor element is
Designed to have four or more poles and / or designed to be essentially rectangular or essentially circular and / or have no preferred magnetic orientation,
The sensor element according to any one of claims 1 to 4, wherein the sensor element is characterized in that
磁場強度、特に磁場強度の時間的勾配を測定する角度センサにおいて、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の少なくとも1つのセンサ素子を特徴とする角度センサ。   6. An angle sensor for measuring a magnetic field strength, in particular a temporal gradient of the magnetic field strength, characterized by at least one sensor element according to any one of claims 1 to 5. 第1の供給電圧の降下又は第1の供給電流の流れの方向が、第2の供給電圧の降下又は第2の供給電流の流れの方向に対して、所定の角度、例えば約45度だけ回転又はオフセットされることを特徴とする、請求項6に記載の角度センサ。   The direction of the first supply voltage drop or the first supply current flow is rotated by a predetermined angle, for example about 45 degrees, with respect to the second supply voltage drop or the second supply current flow direction. The angle sensor according to claim 6, wherein the angle sensor is offset. 前記第1の供給電圧又は前記第1の供給電流に割り当てられた第1のセンサ素子と、
前記第2の供給電圧又は前記第2の供給電流に割り当てられた第2のセンサ素子と、
の組み合わせを特徴とする、請求項7に記載の角度センサ。
A first sensor element assigned to the first supply voltage or the first supply current;
A second sensor element assigned to the second supply voltage or the second supply current;
The angle sensor according to claim 7, characterized by a combination of:
前記第1の供給電圧又は前記第1の供給電流及び前記第2の供給電圧又は前記第2の供給電流が、同一のセンサ素子に割り当てられることを特徴とする、請求項7に記載の角度センサ。   The angle sensor according to claim 7, wherein the first supply voltage or the first supply current and the second supply voltage or the second supply current are assigned to the same sensor element. . 請求項6ないし9のいずれか一項に記載の少なくとも1つの角度センサと、
前記角度センサの少なくとも1つの出力信号を供給されることができ、前記出力信号を評価するために備えられる少なくとも1つの回路構成、特に少なくとも1つの集積回路と、
を特徴とする、非接触式角度測定システム。
At least one angle sensor according to any one of claims 6 to 9,
At least one circuit configuration, in particular at least one integrated circuit, which can be supplied with at least one output signal of the angle sensor and is provided for evaluating the output signal;
Non-contact angle measurement system characterized by
前記回路構成が、
特に前記第1のセンサ素子の少なくとも1つの、特に第1の、出力信号、及び
少なくとも1つの入力バッファの少なくとも第1の出力信号、
を供給されることができる少なくとも第1のアナログ/デジタル変換器と、
前記第2のセンサ素子の少なくとも1つの出力信号、又は特に前記第1のセンサ素子の少なくとも1つの、特に第2の、出力信号、及び
前記入力バッファの少なくとも第2の出力信号、
を供給されることができる少なくとも1つの他のアナログ/デジタル変換器と、
前記第1のアナログ/デジタル変換器の少なくとも第1の出力信号、及び
前記他のアナログ/デジタル変換器の少なくとも第1の出力信号、
を供給されることができる少なくとも1つの算術ユニットであって、
少なくとも1つのアルゴリズムを用いて、例えばCORDICアルゴリズムを用いて、前記アナログ/デジタル変換器の前記第1の出力信号から、少なくとも1つの値、特に少なくとも1つの角度、を決定するために備えられた、当該算術ユニットと、
前記アナログ/デジタル変換器の第2の出力信号及び前記算術ユニットの出力信号を供給されることができ、特に出力されるべき曲線の特性を適合するために備えられた、少なくとも1つの適合ユニットと、
前記適合ユニットの出力信号を供給されることができる少なくとも1つのデジタル/アナログ変換器と、
前記デジタル/アナログ変換器の出力信号を供給されることができ、特に前記出力信号をバッファ記憶するために備えられた、少なくとも1つの出力バッファ、及び/又は
少なくとも1つの振動子/クロック生成器ユニット、及び/又は
特に前記決定された値を試験及び/又は比較するために備えられた、少なくとも1つの試験/トリムユニット、及び/又は
少なくとも1つのリセットユニットと、
を有することを特徴とする、請求項10に記載の角度測定システム。
The circuit configuration is
In particular at least one of the first sensor elements, in particular a first output signal, and at least a first output signal of at least one input buffer;
At least a first analog / digital converter capable of being supplied with
At least one output signal of the second sensor element, or in particular at least one of the first sensor element, in particular a second output signal, and at least a second output signal of the input buffer;
At least one other analog / digital converter that can be supplied with
At least a first output signal of the first analog / digital converter; and at least a first output signal of the other analog / digital converter;
At least one arithmetic unit that can be supplied with
Arranged to determine at least one value, in particular at least one angle, from the first output signal of the analog / digital converter using at least one algorithm, for example using the CORDIC algorithm, The arithmetic unit,
At least one adaptation unit, which can be supplied with the second output signal of the analog / digital converter and the output signal of the arithmetic unit, and which is provided in particular for adapting the characteristics of the curve to be output; ,
At least one digital / analog converter capable of being supplied with the output signal of the adaptation unit;
At least one output buffer and / or at least one transducer / clock generator unit, which can be supplied with the output signal of the digital / analog converter, and in particular is provided for buffering the output signal And / or at least one test / trim unit and / or at least one reset unit, in particular provided for testing and / or comparing said determined value;
The angle measuring system according to claim 10, wherein
少なくとも1つのクランク軸角度を測定する場合に少なくとも1つの基準マークを検出するための、
金属物体を検出するための、
回転速度及び/若しくは電流を測定するための、
弱い磁場を検出するための、例えば少なくとも1つの駆動部、少なくとも1つの金属棒、少なくとも1つのカム、少なくとも1つの輪、若しくは少なくとも1つの歯車のような車若しくは機械の能動部品の小さな移動及び/若しくは変化を検出するための、
トラフィック移動を検出及び/若しくは制御するための、
例えば少なくとも1つのコンパスを使用する、ナビゲーション目的の、又は
非接触式角度測定のための、
請求項1ないし5のいずれか一項に記載の少なくとも1つのセンサ素子及び/又は請求項6ないし9のいずれか一項に記載の少なくとも1つの角度センサ及び/又は請求項10又は11に記載の少なくとも1つの角度測定システムの使用。
For detecting at least one reference mark when measuring at least one crankshaft angle;
For detecting metal objects,
For measuring rotational speed and / or current,
Small movements of active parts of a car or machine to detect weak magnetic fields, such as at least one drive, at least one metal rod, at least one cam, at least one wheel, or at least one gear, and / or Or to detect changes,
To detect and / or control traffic movement,
For example, using at least one compass, for navigation purposes, or for non-contact angle measurement
12. At least one sensor element according to any one of claims 1 to 5 and / or at least one angle sensor according to any one of claims 6 to 9 and / or according to claim 10 or 11. Use of at least one angle measurement system.
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