JP2014035204A - Rotation magnetic field sensor - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce errors caused by generation of magnetic anisotropy in a magnetic detection element.SOLUTION: A rotation magnetic field sensor 1 comprises: detection circuits 10, 20, and 30 for generating signals S1, S2, and S3 respectively; and arithmetic circuits 61 and 62. The detection circuit 10 comprises a first MR element, and the detection circuit 30 comprises a third MR element. The detection circuit 20 includes a second MR element set with first magnetic anisotropy that is not set in the first and third MR elements. The first arithmetic circuit 61 obtains correction information for correcting errors, generated in detection values θs, and caused by second magnetic anisotropy generated in the first MR element. The first arithmetic circuit obtains correction information for correcting errors, generated in detection values, and caused by the second magnetic anisotropy generated in the first MR element. Then, detection information is obtained based on two different signals of one of first signals generated by the detection circuit 10 and second signals generated by the detection circuit 20. The arithmetic circuit 62 calculates the detection values θs with the signals S1 and S3 and the correction information.

Description

本発明は、回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する回転磁界センサに関する。   The present invention relates to a rotating magnetic field sensor that detects an angle formed by the direction of a rotating magnetic field with respect to a reference direction.

近年、自動車のスロットルバルブの開度の検出、自動車のステアリングの回転位置の検出、自動車のワイパーの回転位置の検出等の種々の用途で、対象物の回転位置を検出するために、回転磁界センサが広く利用されている。回転磁界センサは、対象物の回転位置を検出する場合に限らず、対象物の直線的な変位を検出する場合にも利用されている。回転磁界センサが用いられるシステムでは、一般的に、対象物の回転や直線的な運動に連動して方向が回転する回転磁界を発生する手段(例えば磁石)が設けられる。回転磁界センサは、磁気検出素子を用いて、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度を検出する。これにより、対象物の回転位置や直線的な変位が検出される。   In recent years, a rotating magnetic field sensor has been used to detect the rotational position of an object in various applications such as detection of the opening of a throttle valve of an automobile, detection of the rotational position of a steering of an automobile, and detection of the rotational position of an automobile wiper. Is widely used. The rotating magnetic field sensor is used not only when detecting the rotational position of the object, but also when detecting a linear displacement of the object. In a system using a rotating magnetic field sensor, generally, means (for example, a magnet) that generates a rotating magnetic field whose direction rotates in conjunction with the rotation or linear motion of an object is provided. The rotating magnetic field sensor detects an angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction using a magnetic detection element. As a result, the rotational position and linear displacement of the object are detected.

回転磁界センサとして用いることの可能なセンサとしては、磁気検出素子として、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果型磁気検出素子である磁気抵抗効果素子(以下、MR素子とも記す。)を用いたものが知られている。特許文献1ないし4には、磁気検出素子としてスピンバルブ型のMR素子を用いたセンサが記載されている。スピンバルブ型のMR素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。   As a sensor that can be used as a rotating magnetic field sensor, a magnetoresistive effect element (hereinafter also referred to as an MR element) that is a magnetoresistive effect type magnetic sensing element using a magnetoresistive effect is used as a magnetic sensing element. It has been known. Patent Documents 1 to 4 describe a sensor using a spin valve MR element as a magnetic detection element. A spin-valve MR element has a fixed magnetization layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the rotating magnetic field, and a nonmagnetic layer disposed between the fixed magnetization layer and the free layer. And have a layer.

特表2002−525609号公報JP-T-2002-525609 特開2008−268219号公報JP 2008-268219 A 特開2009−36770号公報JP 2009-36770 A 特開2010−32484号公報JP 2010-32484 A

磁気検出素子としてスピンバルブ型のMR素子を用いた回転磁界センサでは、特許文献4に記載されているように、MR素子の磁気特性のばらつきによって、検出角度に誤差が生じ得る。特許文献4には、MR素子の製造ばらつきに起因する検出角度の誤差を低減する技術が記載されている。この技術は、言わば、回転磁界センサの製品完成時における検出角度の誤差を低減する技術である。   In a rotating magnetic field sensor using a spin-valve MR element as a magnetic detection element, as described in Patent Document 4, an error may occur in the detection angle due to variations in magnetic characteristics of the MR element. Patent Document 4 describes a technique for reducing detection angle errors caused by manufacturing variations of MR elements. In other words, this technique is a technique for reducing an error in detection angle when a rotating magnetic field sensor is completed.

回転磁界センサにおいて生じ得る検出角度の誤差には、上述のように製品完成時に有している誤差の他に、回転磁界センサの設置後に発現する誤差がある。このように回転磁界センサの設置後に検出角度の誤差が発現する原因の一つとしては、MR素子の自由層に後天的に誘導磁気異方性が生じることが挙げられる。このような自由層の誘導磁気異方性は、例えば、MR素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、MR素子の温度が高温から下降した場合に生じる。このような状況は、例えば、回転磁界センサが自動車内に設置され、且つ、自動車の非動作時には、回転磁界を発生する手段と回転磁界センサが特定の位置関係になる場合に生じ得る。より具体的には、自動車のワイパーのように、非動作時には決まった位置で停止する対象物の位置を検出するために回転磁界センサが用いられる場合に、上記の状況が生じ得る。   The detection angle error that can occur in the rotating magnetic field sensor includes an error that occurs after the rotating magnetic field sensor is installed, in addition to the error that is present when the product is completed as described above. One of the causes of the detection angle error appearing after the installation of the rotating magnetic field sensor is that an induced magnetic anisotropy is acquired in the free layer of the MR element. Such induced magnetic anisotropy of the free layer occurs, for example, when the temperature of the MR element drops from a high temperature while an external magnetic field in a specific direction is applied to the MR element. Such a situation may occur, for example, when the rotating magnetic field sensor is installed in an automobile and the rotating magnetic field sensor and the rotating magnetic field sensor are in a specific positional relationship when the automobile is not operating. More specifically, the above situation may occur when a rotating magnetic field sensor is used to detect the position of an object that stops at a fixed position when not in operation, such as a car wiper.

回転磁界センサには、設置後に、後天的に生じた誘導磁気異方性に起因して発現する検出角度の誤差を低減することが求められる。なお、ここまでは、磁気検出素子としてスピンバルブ型のMR素子を用いた回転磁界センサにおいて、回転磁界センサの設置後に、MR素子の自由層に後天的に誘導磁気異方性が生じる場合における問題点について説明してきた。しかし、この問題点は、磁気検出素子、特に磁気抵抗効果型磁気検出素子を含む回転磁界センサにおいて、磁気検出素子に何らかの磁気異方性が生じる場合の全般に当てはまる。   A rotating magnetic field sensor is required to reduce an error in a detection angle that occurs due to induced magnetic anisotropy generated after installation. Up to this point, in a rotating magnetic field sensor using a spin valve type MR element as a magnetic detecting element, there is a problem in the case where induced magnetic anisotropy is acquired in the free layer of the MR element after the rotating magnetic field sensor is installed. I have explained the point. However, this problem applies in general to cases where some magnetic anisotropy occurs in the magnetic detection element in a magnetic field detection element including a magnetic detection element, particularly a magnetoresistive effect type magnetic detection element.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気検出素子、特に磁気抵抗効果型磁気検出素子を含む回転磁界センサであって、磁気検出素子に磁気異方性が生じることによって検出値に生じる誤差を低減できるようにした回転磁界センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is a rotating magnetic field sensor including a magnetic detection element, particularly a magnetoresistive effect type magnetic detection element, and magnetic anisotropy is generated in the magnetic detection element. An object of the present invention is to provide a rotating magnetic field sensor that can reduce an error in a detected value.

本発明の回転磁界センサは、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成するものである。基準位置における回転磁界の方向は、回転磁界センサから見て回転するものである。本発明の回転磁界センサは、第1の検出回路と、第2の検出回路と、第1の演算回路と、第2の演算回路とを備えている。   The rotating field sensor of the present invention generates a detection value having a correspondence relationship with the angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction. The direction of the rotating magnetic field at the reference position rotates as viewed from the rotating magnetic field sensor. The rotating field sensor of the present invention includes a first detection circuit, a second detection circuit, a first arithmetic circuit, and a second arithmetic circuit.

第1の検出回路は、第1の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第1の信号を生成する。第2の検出回路は、第2の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第2の信号を生成する。第1の信号と第2の信号における第1の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第1および第2の磁気検出素子の少なくとも一方に第1の磁気異方性が設定されている。   The first detection circuit includes a first magnetic detection element, and generates a first signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction. The second detection circuit includes a second magnetic detection element, and generates a second signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction. The first magnetic anisotropy is present in at least one of the first and second magnetic sensing elements so that variations of the first signal and the second signal due to the first magnetic anisotropy are different from each other. Is set.

第1の演算回路は、第1の磁気検出素子に生じた第2の磁気異方性に起因して検出値に生じる誤差を補正するための補正情報を求めるものである。また、第1の演算回路は、第1の磁気検出素子に生じた第2の磁気異方性に起因して検出値に生じる誤差を補正するための補正情報を求めるものであって、第1の検出回路が生成する第1の信号および第2の検出回路20が生成する第2の信号のうちの一方の異なる2つの信号に基づいて、補正情報を求める。第2の演算回路は、第1の信号および補正情報を用いて、補正された検出値を算出する。   The first arithmetic circuit obtains correction information for correcting an error generated in the detection value due to the second magnetic anisotropy generated in the first magnetic detection element. The first arithmetic circuit obtains correction information for correcting an error occurring in the detection value due to the second magnetic anisotropy generated in the first magnetic detection element. Correction information is obtained based on two different signals, one of the first signal generated by the second detection circuit and the second signal generated by the second detection circuit 20. The second arithmetic circuit calculates a corrected detection value using the first signal and the correction information.

本発明の回転磁界センサは、さらに、少なくとも1以上の三角関数の値と三角関数の値の逆関数で求められる異なる2つの角度と第1および第2の磁気検出素子の少なくとも一方に設定された第1の磁気異方性に基づく角度変動項とを出力する設定部を有し、第1の演算回路は、第1および第2の信号と三角関数の値とを入力し、第1および第2の信号のうち一方の信号が三角関数の値と等しい時に得られる異なる2つの他方の信号を出力する信号取得部と、異なる2つの他方の信号と異なる2つの角度と角度変動項とを入力し、補正情報を求める補正情報演算部とを有することを特徴とする回転磁界センサとしてもよい。 The rotating field sensor of the present invention is further set to at least one of two different angles and at least one of the first and second magnetic detection elements obtained by at least one trigonometric function value and an inverse function of the trigonometric function value. A setting unit configured to output an angular variation term based on the first magnetic anisotropy, and the first arithmetic circuit inputs the first and second signals and the value of the trigonometric function; A signal acquisition unit that outputs two different signals obtained when one of the two signals is equal to a trigonometric value, and two different angles and angular variation terms from the other two other signals are input. In addition, a rotating magnetic field sensor having a correction information calculation unit for obtaining correction information may be used.

本発明の回転磁界センサは、第1の信号と第2の信号とが等しい値となる点を結んだ第1の直線に対する垂線の長さの方向が異なる、連続する第1の信号および第2の信号のうち一方を引数とする2つの他方の信号のそれぞれの垂線の長さが最大となる一方の信号の第1の最大値および第2の最大値をSmax1、Smax2(但し、Smax1>Smax2)とした場合に、一方の信号のとりうる値の範囲はSmax2以上Smax1以下とする回転磁界センサとしてもよい。 In the rotating field sensor of the present invention, the first signal and the second signal are different from each other in the direction of the length of the perpendicular to the first straight line connecting the points where the first signal and the second signal have the same value. Smax1, Smax2 (where Smax1> Smax2), the first maximum value and the second maximum value of the one signal having the maximum length of the perpendicular of each of the other signals having one as an argument. ), The range of values that can be taken by one of the signals may be a rotating magnetic field sensor having a value between Smax2 and Smax1.

本発明の回転磁界センサは、少なくとも1以上の三角関数の値をひとつとする回転磁界センサとしてもい。 The rotating field sensor of the present invention may be a rotating field sensor having at least one trigonometric function value.

本発明の回転磁界センサは、第1の信号および第2の信号が正弦波状出力または、余弦波状出力を出力することを特徴とする回転磁界センサとしてもい。 The rotating field sensor of the present invention may be a rotating field sensor in which the first signal and the second signal output a sine wave output or a cosine wave output.

本発明の回転磁界センサにおいて、第1の磁気異方性は、第1および第2の磁気検出素子のうちの少なくとも第2の磁気検出素子に設定されていてもよい。この場合、第2の磁気検出素子は、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を含み、第1の磁気異方性は、磁性層の形状磁気異方性によって設定されていてもよい。また、第2の磁気検出素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有していてもよい。この場合、第1の磁気異方性は、自由層の形状磁気異方性によって設定されてもよい。また、自由層の磁化容易軸方向は、磁化固定層の磁化方向に対して平行ではなく且つ直交していないものであってもよい。   In the rotating field sensor of the present invention, the first magnetic anisotropy may be set in at least the second magnetic detection element of the first and second magnetic detection elements. In this case, the second magnetic detection element includes a magnetic layer whose magnetization direction changes according to the direction of the rotating magnetic field, and the first magnetic anisotropy is set by the shape magnetic anisotropy of the magnetic layer. May be. The second magnetic detection element is disposed between the magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, the free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the rotating magnetic field, and between the magnetization fixed layer and the free layer. You may have a nonmagnetic layer. In this case, the first magnetic anisotropy may be set by the shape magnetic anisotropy of the free layer. The easy axis direction of the free layer may not be parallel to or orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer.

また、本発明の回転磁界センサにおいて、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度をθとし、補正情報をAおよびαとしたとき、第1の信号は、θ−Asin{2(θ−α)}を変数とした三角関数で表されるものであってもよい。   In the rotating field sensor of the present invention, when the angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction is θ and the correction information is A and α, the first signal is θ−Asin {2 It may be expressed by a trigonometric function with (θ−α)} as a variable.

また、本発明の回転磁界センサは、更に、第3の検出回路を備えていてもよい。第3の検出回路は、第3の磁気検出素子を含み、基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第3の信号を生成する。第3の信号の位相は、第1の信号の位相と異なっている。この場合、第2の演算回路は、第1の信号および補正情報に加えて第3の信号を用いて、補正された検出値を算出してもよい。   The rotating field sensor of the present invention may further include a third detection circuit. The third detection circuit includes a third magnetic detection element, and generates a third signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction. The phase of the third signal is different from the phase of the first signal. In this case, the second arithmetic circuit may calculate the corrected detection value using the third signal in addition to the first signal and the correction information.

本発明によれば、磁気検出素子に磁気異方性が生じることによって検出値に生じる誤差を低減することが可能になるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to reduce an error that occurs in a detection value due to magnetic anisotropy in a magnetic detection element.

本発明の第1の実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a rotating field sensor according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the definition of the direction and angle in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る回転磁界センサの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the rotating field sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図3に示した第1の演算回路の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a first arithmetic circuit shown in FIG. 3. 本発明の第1の実施の形態における第1および第3のMR素子の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of 1st and 3rd MR element in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における第2のMR素子の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of 2nd MR element in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における第1の信号の波形と第2の信号の波形の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the waveform of the 1st signal in the 1st Embodiment of this invention, and the waveform of a 2nd signal. 本発明の第1の実施の形態における第1の信号と第2の信号の関係の一例を示すリサージュ図である。It is a Lissajous figure showing an example of the relation between the 1st signal in the 1st embodiment of the present invention, and the 2nd signal. 本発明の実施の形態に係る第2の演算回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 2nd arithmetic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る別の第2の演算回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of another 2nd arithmetic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る別の第2の演算回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of another 2nd arithmetic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態の実施の補正例である。It is an example of correction | amendment of this Embodiment. 本実施の形態の実施補正前後における誤差の比較である。It is a comparison of errors before and after implementation correction of the present embodiment. 本実施の形態の実施補正前後における誤差の比較である。It is a comparison of errors before and after implementation correction of the present embodiment. 本実施の形態の実施補正前後における誤差の比較である。It is a comparison of errors before and after implementation correction of the present embodiment.

[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る回転磁界センサの概略の構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態における方向と角度の定義を示す説明図である。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of the rotating field sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a rotating field sensor according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing definitions of directions and angles in the present embodiment.

図1に示したように、本実施の形態に係る回転磁界センサ1は、回転磁界MFを検出するものである。ここで、基準平面、基準位置および基準方向を、以下のように想定する。基準平面は、回転磁界センサ1と所定の位置関係を有する仮想の平面である。基準位置は、基準平面内に位置する。基準方向は、基準平面内に位置して、基準位置と交差する。基準位置における回転磁界MFの方向であって基準平面内に位置する方向は、回転磁界センサ1から見て、基準位置を中心として回転する。以下の説明において、基準位置における回転磁界MFの方向とは、基準平面内に位置する方向を指す。回転磁界センサ1は、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成する。   As shown in FIG. 1, the rotating field sensor 1 according to the present embodiment detects a rotating field MF. Here, the reference plane, the reference position, and the reference direction are assumed as follows. The reference plane is a virtual plane having a predetermined positional relationship with the rotating magnetic field sensor 1. The reference position is located in the reference plane. The reference direction is located in the reference plane and intersects the reference position. The direction of the rotating magnetic field MF at the reference position and located in the reference plane rotates around the reference position when viewed from the rotating magnetic field sensor 1. In the following description, the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position refers to the direction located in the reference plane. The rotating field sensor 1 generates a detection value having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction.

図1には、回転磁界MFを発生する手段の例として、円柱形状の磁石5を示している。この磁石5は、円柱の中心軸を含む仮想の平面を中心として対称に配置されたN極とS極とを有している。この磁石5は、円柱の中心軸を中心として回転する。磁石5は、円柱の中心軸方向の両端に位置する2つの端面を有している。回転磁界センサ1は、磁石5の一方の端面に対向するように配置されている。本実施の形態では、基準平面は、例えば、磁石5の一方の端面に平行な平面である。また、基準位置は、例えば、回転磁界センサ1が回転磁界MFを検出する位置である。基準位置は、円柱の中心軸を含む回転中心Cと基準平面とが交差する位置であってもよい。この場合、磁石5が回転すると、基準位置における回転磁界MFの方向は、回転磁界センサ1から見て、基準位置を中心として回転する。   FIG. 1 shows a cylindrical magnet 5 as an example of means for generating the rotating magnetic field MF. The magnet 5 has an N pole and an S pole that are arranged symmetrically about a virtual plane including the central axis of the cylinder. The magnet 5 rotates around the central axis of the cylinder. The magnet 5 has two end surfaces located at both ends in the central axis direction of the cylinder. The rotating field sensor 1 is disposed so as to face one end surface of the magnet 5. In the present embodiment, the reference plane is, for example, a plane parallel to one end face of the magnet 5. The reference position is, for example, a position where the rotating magnetic field sensor 1 detects the rotating magnetic field MF. The reference position may be a position where the rotation center C including the center axis of the cylinder and the reference plane intersect. In this case, when the magnet 5 rotates, the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position rotates around the reference position as viewed from the rotating magnetic field sensor 1.

なお、回転磁界MFを発生する手段と回転磁界センサ1の構成は、図1に示した例に限られない。回転磁界MFを発生する手段と回転磁界センサ1は、基準位置における回転磁界MFの方向が回転磁界センサ1から見て回転するように、回転磁界MFを発生する手段と回転磁界センサ1の相対的位置関係が変化するものであればよい。例えば、図1に示したように配置された磁石5と回転磁界センサ1において、磁石5が固定されて回転磁界センサ1が回転してもよいし、磁石5と回転磁界センサ1が互いに反対方向に回転してもよいし、磁石5と回転磁界センサ1が同じ方向に互いに異なる角速度で回転してもよい。   The configuration of the means for generating the rotating magnetic field MF and the rotating magnetic field sensor 1 is not limited to the example shown in FIG. The means for generating the rotating magnetic field MF and the rotating magnetic field sensor 1 are configured so that the rotating magnetic field sensor MF and the rotating magnetic field sensor 1 are relative to each other so that the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position rotates when viewed from the rotating magnetic field sensor 1. It is sufficient if the positional relationship changes. For example, in the magnet 5 and the rotating field sensor 1 arranged as shown in FIG. 1, the magnet 5 may be fixed and the rotating field sensor 1 may rotate, or the magnet 5 and the rotating field sensor 1 may be in opposite directions. The magnet 5 and the rotating magnetic field sensor 1 may rotate at different angular velocities in the same direction.

また、磁石5の代わりに、1組以上のN極とS極が交互にリング状に配列された磁石を用い、この磁石の外周の近傍に回転磁界センサ1が配置されていてもよい。この場合には、磁石と回転磁界センサ1の少なくとも一方が回転すればよい。   Further, instead of the magnet 5, a magnet in which one or more sets of N poles and S poles are alternately arranged in a ring shape may be used, and the rotating field sensor 1 may be disposed in the vicinity of the outer periphery of the magnet. In this case, at least one of the magnet and the rotating magnetic field sensor 1 may be rotated.

また、磁石5の代わりに、複数組のN極とS極が交互に直線状に配列された磁気スケールを用い、この磁気スケールの外周の近傍に回転磁界センサ1が配置されていてもよい。この場合には、磁気スケールと回転磁界センサ1の少なくとも一方が、磁気スケールのN極とS極が並ぶ方向に直線的に移動すればよい。なお、この例については、後で第2の実施の形態として詳しく説明する。   Further, instead of the magnet 5, a magnetic scale in which a plurality of sets of N poles and S poles are alternately arranged in a straight line may be used, and the rotating field sensor 1 may be disposed in the vicinity of the outer periphery of the magnetic scale. In this case, at least one of the magnetic scale and the rotating magnetic field sensor 1 may be moved linearly in the direction in which the N and S poles of the magnetic scale are aligned. This example will be described in detail later as a second embodiment.

上述の種々の回転磁界MFを発生する手段と回転磁界センサ1の構成においても、基準平面、基準位置および基準方向を想定可能である。   The reference plane, reference position, and reference direction can also be assumed in the configuration of the rotating magnetic field sensor 1 and the means for generating the various rotating magnetic fields MF described above.

回転磁界センサ1は、第1の検出回路10、第2の検出回路20および第3の検出回路30を備えている。第1の検出回路10は、第1の磁気検出素子を含んでいる。第2の検出回路20は、第2の磁気検出素子を含んでいる。第3の検出回路30は、第3の磁気検出素子を含んでいる。図1では、理解を容易にするために、第1ないし第3の検出回路10,20,30を別体として描いているが、第1ないし第3の検出回路10,20,30は一体化されていてもよい。また、図1では、第1ないし第3の検出回路10,20,30が回転中心Cに平行な方向に積層されているが、その積層順序は図1に示した例に限られない。   The rotating magnetic field sensor 1 includes a first detection circuit 10, a second detection circuit 20, and a third detection circuit 30. The first detection circuit 10 includes a first magnetic detection element. The second detection circuit 20 includes a second magnetic detection element. The third detection circuit 30 includes a third magnetic detection element. In FIG. 1, for ease of understanding, the first to third detection circuits 10, 20, and 30 are drawn separately, but the first to third detection circuits 10, 20, and 30 are integrated. May be. In FIG. 1, the first to third detection circuits 10, 20, and 30 are stacked in a direction parallel to the rotation center C, but the stacking order is not limited to the example shown in FIG.

第1の検出回路10は、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第1の信号を生成する。第2の検出回路20は、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第2の信号を生成する。第3の検出回路30は、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第3の信号を生成する。   The first detection circuit 10 generates a first signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction. The second detection circuit 20 generates a second signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction. The third detection circuit 30 generates a third signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction.

なお、本実施の形態において、検出回路10,20,30の空間上の位置は、厳密には一致しない。同様に、検出回路10,20,30に含まれる第1ないし第3の磁気検出素子の空間上の位置も、厳密には一致しない。しかし、空間上において回転磁界MFの方向が同じになる領域の大きさに比べると、検出回路10,20,30の空間上の位置の差は十分に小さい。そのため、検出回路10,20,30のそれぞれの位置における回転磁界MFの方向は、実質的に同じである。従って、検出回路10,20,30内の任意の位置を基準位置とすることによって、検出回路10,20,30は、それぞれ、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第1の信号、第2の信号、第3の信号を生成することができる。   In the present embodiment, the positions of the detection circuits 10, 20, and 30 in the space do not exactly match. Similarly, the positions of the first to third magnetic detection elements included in the detection circuits 10, 20, and 30 in the space do not exactly match. However, the difference between the positions of the detection circuits 10, 20, and 30 in the space is sufficiently small compared to the size of the region in which the direction of the rotating magnetic field MF is the same in space. Therefore, the direction of the rotating magnetic field MF at each position of the detection circuits 10, 20, and 30 is substantially the same. Therefore, by setting an arbitrary position in the detection circuits 10, 20, and 30 as the reference position, the detection circuits 10, 20, and 30 each have an angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction. A first signal, a second signal, and a third signal having a correspondence relationship can be generated.

基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第1ないし第3の信号は、検出した上記角度の値を示すものであってもよいし、上記角度に連動して変化する値を示すものであってもよい。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、第1ないし第3の信号は、それぞれ、上記角度に連動して変化する値を示す信号であり、具体的には、基準位置における回転磁界MFの、所定の方向の成分の強度を示す信号である。   The first to third signals having a corresponding relationship with the angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction may indicate the detected value of the angle, and are linked to the angle. It may be a value that changes. As will be described in detail later, in the present embodiment, each of the first to third signals is a signal indicating a value that changes in conjunction with the angle, and specifically, the rotating magnetic field MF at the reference position. Is a signal indicating the intensity of the component in a predetermined direction.

第1ないし第3の信号と同様に、基準位置における回転磁界MFの方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値についても、検出した上記角度の値を示すものであってもよいし、上記角度に連動して変化する値を示すものであってもよい。後で詳しく説明するが、本実施の形態では、上記検出値は、検出した上記角度の値を示すものである。   Similarly to the first to third signals, a detected value having a correspondence relationship with the angle formed by the direction of the rotating magnetic field MF at the reference position with respect to the reference direction may also indicate the value of the detected angle. It may be a value that changes in conjunction with the angle. As will be described in detail later, in the present embodiment, the detected value indicates the detected value of the angle.

ここで、図2を参照して、本実施の形態における方向と角度の定義について説明する。まず、図1に示した回転中心Cに平行で、磁石5の一方の端面から回転磁界センサ1に向かう方向をZ方向と定義する。次に、Z方向に垂直な2つの方向であって、互いに直交する2つの方向をX方向とY方向と定義する。図2では、X方向を右側に向かう方向として表し、Y方向を上側に向かう方向として表している。また、X方向とは反対の方向を−X方向と定義し、Y方向とは反対の方向を−Y方向と定義する。   Here, with reference to FIG. 2, the definition of the direction and angle in this Embodiment is demonstrated. First, a direction parallel to the rotation center C shown in FIG. 1 and directed from one end face of the magnet 5 toward the rotating magnetic field sensor 1 is defined as a Z direction. Next, two directions perpendicular to the Z direction and orthogonal to each other are defined as an X direction and a Y direction. In FIG. 2, the X direction is represented as a direction toward the right side, and the Y direction is represented as a direction toward the upper side. In addition, a direction opposite to the X direction is defined as -X direction, and a direction opposite to the Y direction is defined as -Y direction.

ここでは、基準位置PRは、回転磁界センサ1が回転磁界MFを検出する位置とする。また、基準方向DRはX方向とする。基準位置PRにおける回転磁界MFの方向DMが基準方向DRに対してなす角度を記号θで表す。回転磁界MFの方向DMは、図2において反時計回り方向に回転するものとする。角度θは、基準方向DRから反時計回り方向に見たときに正の値で表し、基準方向DRから時計回り方向に見たときに負の値で表す。   Here, the reference position PR is a position where the rotating magnetic field sensor 1 detects the rotating magnetic field MF. The reference direction DR is the X direction. The angle formed by the direction DM of the rotating magnetic field MF at the reference position PR with respect to the reference direction DR is represented by the symbol θ. The direction DM of the rotating magnetic field MF is assumed to rotate counterclockwise in FIG. The angle θ is represented by a positive value when viewed counterclockwise from the reference direction DR, and is represented by a negative value when viewed clockwise from the reference direction DR.

第1および第2の検出回路10,20は、基準位置PRにおける回転磁界MFの、第1の方向D1の成分を検出する。第3の検出回路30は、基準位置PRにおける回転磁界MFの、第2の方向D2の成分を検出する。本実施の形態は、第1の方向D1は、基準方向DR(X方向)から反時計回りに90°回転した方向であり、Y方向と一致している。第2の方向D2は、基準方向DRおよびX方向と一致している。   The first and second detection circuits 10 and 20 detect the component in the first direction D1 of the rotating magnetic field MF at the reference position PR. The third detection circuit 30 detects a component in the second direction D2 of the rotating magnetic field MF at the reference position PR. In the present embodiment, the first direction D1 is a direction rotated 90 ° counterclockwise from the reference direction DR (X direction) and coincides with the Y direction. The second direction D2 coincides with the reference direction DR and the X direction.

本実施の形態では、第1の信号と第2の信号における第1の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、第1および第2の磁気検出素子の少なくとも一方に第1の磁気異方性が設定されている。第1の信号と第2の信号における第1の磁気異方性に起因する変動とは、第1および第2の磁気検出素子の少なくとも一方に第1の磁気異方性が設定されていることによって、第1および第2の磁気検出素子に第1の磁気異方性が設定されていない場合と比較して、第1の信号と第2の信号に生じる変動を言う。   In the present embodiment, at least one of the first and second magnetic detection elements is provided with the first signal so that the variation of the first signal and the second signal caused by the first magnetic anisotropy is different from each other. The magnetic anisotropy is set. The fluctuation caused by the first magnetic anisotropy in the first signal and the second signal is that the first magnetic anisotropy is set in at least one of the first and second magnetic detection elements. Thus, the first and second magnetic detection elements are compared with the case where the first magnetic anisotropy is not set, and the fluctuations that occur in the first signal and the second signal.

第1の磁気異方性は、第1および第2の磁気検出素子のうちの少なくとも第2の磁気検出素子に設定されていてもよい。本実施の形態では、特に、第1および第3の磁気検出素子には第1の磁気異方性が設定されずに、第2の磁気検出素子に第1の磁気異方性が設定されている。この場合、第1および第3の信号には、第1の磁気異方性に起因する変動は生じないが、第2の信号には、第1の磁気異方性に起因する変動が生じる。その結果、第1の信号と第2の信号における第1の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。   The first magnetic anisotropy may be set in at least the second magnetic detection element of the first and second magnetic detection elements. In the present embodiment, in particular, the first magnetic anisotropy is not set in the first and third magnetic detection elements, but the first magnetic anisotropy is set in the second magnetic detection element. Yes. In this case, fluctuations due to the first magnetic anisotropy do not occur in the first and third signals, but fluctuations due to the first magnetic anisotropy occur in the second signal. As a result, the variations of the first signal and the second signal due to the first magnetic anisotropy are different from each other.

また、本実施の形態では、第1の磁気異方性は、第2の磁気検出素子が含む磁性層の形状磁気異方性によって設定されている。図2において、符号11,21,31は、それぞれ、第1の磁気検出素子、第2の磁気検出素子、第3の磁気検出素子が含む磁性層の平面形状(上から見た形状)を表している。図2に示したように、本実施の形態では、例えば、第1および第3の磁気検出素子の磁性層の平面形状を円形とし、第2の磁気検出素子の磁性層の平面形状を楕円形とすることによって、第1および第3の磁気検出素子には設定されていない、形状異方性による第1の磁気異方性を、第2の磁気検出素子に設定している。   In the present embodiment, the first magnetic anisotropy is set by the shape magnetic anisotropy of the magnetic layer included in the second magnetic detection element. In FIG. 2, reference numerals 11, 21, and 31 represent planar shapes (shapes viewed from above) of the magnetic layers included in the first magnetic detection element, the second magnetic detection element, and the third magnetic detection element, respectively. ing. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, for example, the planar shape of the magnetic layer of the first and third magnetic detection elements is circular, and the planar shape of the magnetic layer of the second magnetic detection element is elliptical. Thus, the first magnetic anisotropy due to the shape anisotropy that is not set in the first and third magnetic detection elements is set in the second magnetic detection element.

図2において、符号DA1を付した破線は、第2の磁気検出素子に設定された第1の磁気異方性による磁化容易軸方向、すなわち第2の磁気検出素子の磁性層の平面形状である楕円の長軸方向を表している。ここで、基準方向DRから反時計回り方向に見たときの、方向DA1が基準方向DRに対してなす角度を、記号βで表す。角度βは、0°以上、180°未満である。   In FIG. 2, the broken line with the symbol DA1 is the easy axis direction of magnetization due to the first magnetic anisotropy set in the second magnetic detection element, that is, the planar shape of the magnetic layer of the second magnetic detection element. It represents the long axis direction of the ellipse. Here, an angle formed by the direction DA1 with respect to the reference direction DR when viewed in the counterclockwise direction from the reference direction DR is represented by a symbol β. The angle β is 0 ° or more and less than 180 °.

第1ないし第3の磁気検出素子には、第1の磁気異方性とは異なる第2の磁気異方性が、例えば後天的に生じる。第2の磁気異方性は、例えば誘導磁気異方性によるものである。この第2の磁気異方性は、例えば、第1ないし第3の磁気検出素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、第1ないし第3の磁気検出素子の温度が高温から下降した場合に生じる。図2において、符号DA2を付した破線は、第2の磁気異方性による磁化容易軸方向を表している。ここで、基準方向DRから反時計回り方向に見たときの、方向DA2が基準方向DRに対してなす角度を、記号αで表す。角度αは、0°以上、180°未満である。   In the first to third magnetic detection elements, a second magnetic anisotropy different from the first magnetic anisotropy occurs, for example, in an acquired manner. The second magnetic anisotropy is, for example, due to induced magnetic anisotropy. The second magnetic anisotropy is, for example, that the temperature of the first to third magnetic sensing elements decreases from a high temperature while an external magnetic field in a specific direction is applied to the first to third magnetic sensing elements. Occurs in some cases. In FIG. 2, the broken line with the symbol DA2 represents the easy axis direction of magnetization due to the second magnetic anisotropy. Here, the angle formed by the direction DA2 with respect to the reference direction DR when viewed counterclockwise from the reference direction DR is represented by the symbol α. The angle α is not less than 0 ° and less than 180 °.

次に、図3を参照して、回転磁界センサ1の構成について詳しく説明する。図3は、回転磁界センサ1の構成を示す回路図である。第1の検出回路10は、角度θと対応関係を有する第1の信号S1を生成する。第2の検出回路20は、角度θと対応関係を有する第2の信号S2を生成する。第3の検出回路30は、角度θと対応関係を有する第3の信号S3を生成する。第1および第2の信号S1,S2は、基準位置PRにおける回転磁界MFの、第1の方向D1の成分の強度に対応した信号である。第3の信号S3は、基準位置PRにおける回転磁界MFの、第2の方向D2の成分の強度に対応した信号である。   Next, the configuration of the rotating magnetic field sensor 1 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the rotating magnetic field sensor 1. The first detection circuit 10 generates a first signal S1 having a correspondence relationship with the angle θ. The second detection circuit 20 generates a second signal S2 having a correspondence relationship with the angle θ. The third detection circuit 30 generates a third signal S3 having a correspondence relationship with the angle θ. The first and second signals S1 and S2 are signals corresponding to the intensity of the component in the first direction D1 of the rotating magnetic field MF at the reference position PR. The third signal S3 is a signal corresponding to the intensity of the component in the second direction D2 of the rotating magnetic field MF at the reference position PR.

第1ないし第3の信号S1〜S3は、互いに等しい信号周期Tで周期的に変化する。第1および第3の磁気検出素子に第2の磁気異方性が生じていない状態では、第1および第3の信号S1,S3の波形は、理想的には、正弦曲線(サイン(Sine)波形とコサイン(Cosine)波形を含む)となる。第1および第3の磁気検出素子に第2の磁気異方性が生じると、第1および第3の信号S1,S3の波形は、正弦曲線から歪む。   The first to third signals S1 to S3 change periodically with the same signal period T. In a state where the second magnetic anisotropy is not generated in the first and third magnetic detection elements, the waveforms of the first and third signals S1 and S3 are ideally sinusoidal (Sine). Waveform and cosine waveform). When the second magnetic anisotropy occurs in the first and third magnetic detection elements, the waveforms of the first and third signals S1 and S3 are distorted from sinusoidal curves.

第2の信号S2の波形は、少なくとも第1の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第2の磁気検出素子に第2の磁気異方性が生じると、第2の信号S2の波形は、第1および第2の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。   The waveform of the second signal S2 is distorted from a sine curve due to at least the first magnetic anisotropy. When the second magnetic anisotropy occurs in the second magnetic detection element, the waveform of the second signal S2 is distorted from the sine curve due to the first and second magnetic anisotropies.

第3の信号S3の位相は、第1の信号S1の位相と異なっている。本実施の形態では、第3の信号S3の位相は、第1の信号S1の位相に対して、信号周期Tの1/4の奇数倍だけ異なっていることが好ましい。ただし、磁気検出素子の作製の精度等の観点から、第1の信号S1と第3の信号S3の位相差は、信号周期Tの1/4の奇数倍から、わずかにずれていてもよい。以下の説明では、第1の信号S1の位相と第3の信号S3の位相の関係が上記の好ましい関係になっているものとする。   The phase of the third signal S3 is different from the phase of the first signal S1. In the present embodiment, the phase of the third signal S3 is preferably different from the phase of the first signal S1 by an odd multiple of 1/4 of the signal period T. However, the phase difference between the first signal S1 and the third signal S3 may be slightly deviated from an odd multiple of 1/4 of the signal period T from the viewpoint of the accuracy of manufacturing the magnetic detection element. In the following description, it is assumed that the relationship between the phase of the first signal S1 and the phase of the third signal S3 is the above-described preferable relationship.

第1の検出回路10は、第1の信号S1を出力する出力端を有している。第2の検出回路20は、第2の信号S2を出力する出力端を有している。第3の検出回路30は、第3の信号S3を出力する出力端を有している。図3に示したように、回転磁界センサ1は、更に、第1の演算回路61と、第2の演算回路62とを備えている。第1および第2の演算回路61,62は、それぞれ、2つの入力端と1つの出力端とを有している。第1の演算回路61の2つの入力端は、それぞれ、第1および第2の検出回路10,20の各出力端に接続されている。第2の演算回路62の2つの入力端は、それぞれ、第3の検出回路30と第1の演算回路61の各出力端に接続されている。   The first detection circuit 10 has an output terminal that outputs the first signal S1. The second detection circuit 20 has an output terminal that outputs the second signal S2. The third detection circuit 30 has an output terminal that outputs a third signal S3. As shown in FIG. 3, the rotating field sensor 1 further includes a first arithmetic circuit 61 and a second arithmetic circuit 62. Each of the first and second arithmetic circuits 61 and 62 has two input ends and one output end. The two input terminals of the first arithmetic circuit 61 are connected to the output terminals of the first and second detection circuits 10 and 20, respectively. The two input terminals of the second arithmetic circuit 62 are connected to the output terminals of the third detection circuit 30 and the first arithmetic circuit 61, respectively.

第2の演算回路62は、角度θと対応関係を有する検出値θsを算出する。本実施の形態では、検出値θsは、回転磁界センサ1によって検出された角度θの値である。第1および第2の演算回路61,62は、例えば、1つのマイクロコンピュ−タによって実現することができる。第1および第2の演算回路61,62の作用と、検出値θsの算出方法については、後で詳しく説明する。   The second arithmetic circuit 62 calculates a detection value θs having a correspondence relationship with the angle θ. In the present embodiment, the detected value θs is the value of the angle θ detected by the rotating magnetic field sensor 1. The first and second arithmetic circuits 61 and 62 can be realized by a single microcomputer, for example. The operation of the first and second arithmetic circuits 61 and 62 and the calculation method of the detected value θs will be described in detail later.

第1の検出回路10は、ホイートストンブリッジ回路14と、差分検出器15とを有している。ホイートストンブリッジ回路14は、電源ポートV1と、グランドポートG1と、2つの出力ポ−トE11,E12と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R11,R12と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R13,R14とを含んでいる。磁気検出素子R11,R13の各一端は、電源ポートV1に接続されている。磁気検出素子R11の他端は、磁気検出素子R12の一端と出力ポートE11に接続されている。磁気検出素子R13の他端は、磁気検出素子R14の一端と出力ポートE12に接続されている。磁気検出素子R12,R14の各他端は、グランドポートG1に接続されている。電源ポートV1には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポ−トG1はグランドに接続される。差分検出器15は、出力ポートE11,E12の電位差に対応する信号である第1の信号S1を第1の演算回路61に出力する。   The first detection circuit 10 includes a Wheatstone bridge circuit 14 and a difference detector 15. The Wheatstone bridge circuit 14 is connected in series with a power supply port V1, a ground port G1, two output ports E11 and E12, and a first pair of magnetic detection elements R11 and R12 connected in series. A second pair of magnetic detection elements R13 and R14 is included. One end of each of the magnetic detection elements R11 and R13 is connected to the power supply port V1. The other end of the magnetic detection element R11 is connected to one end of the magnetic detection element R12 and the output port E11. The other end of the magnetic detection element R13 is connected to one end of the magnetic detection element R14 and the output port E12. The other ends of the magnetic detection elements R12 and R14 are connected to the ground port G1. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V1. The ground port G1 is connected to the ground. The difference detector 15 outputs a first signal S1, which is a signal corresponding to the potential difference between the output ports E11 and E12, to the first arithmetic circuit 61.

第2の検出回路20の回路構成は、第1の検出回路10と同様である。すなわち、第2の検出回路20は、ホイートストンブリッジ回路24と、差分検出器25とを有している。ホイートストンブリッジ回路24は、電源ポートV2と、グランドポートG2と、2つの出力ポ−トE21,E22と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R21,R22と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R23,R24とを含んでいる。磁気検出素子R21,R23の各一端は、電源ポートV2に接続されている。磁気検出素子R21の他端は、磁気検出素子R22の一端と出力ポートE21に接続されている。磁気検出素子R23の他端は、磁気検出素子R24の一端と出力ポートE22に接続されている。磁気検出素子R22,R24の各他端は、グランドポートG2に接続されている。電源ポートV2には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポ−トG2はグランドに接続される。差分検出器25は、出力ポートE21,E22の電位差に対応する信号である第2の信号S2を第1の演算回路61に出力する。   The circuit configuration of the second detection circuit 20 is the same as that of the first detection circuit 10. That is, the second detection circuit 20 includes a Wheatstone bridge circuit 24 and a difference detector 25. The Wheatstone bridge circuit 24 is connected in series with the power supply port V2, the ground port G2, the two output ports E21 and E22, and the first pair of magnetic detection elements R21 and R22 connected in series. A second pair of magnetic detection elements R23 and R24 is included. One end of each of the magnetic detection elements R21 and R23 is connected to the power supply port V2. The other end of the magnetic detection element R21 is connected to one end of the magnetic detection element R22 and the output port E21. The other end of the magnetic detection element R23 is connected to one end of the magnetic detection element R24 and the output port E22. The other ends of the magnetic detection elements R22 and R24 are connected to the ground port G2. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V2. The ground port G2 is connected to the ground. The difference detector 25 outputs a second signal S2 that is a signal corresponding to the potential difference between the output ports E21 and E22 to the first arithmetic circuit 61.

第3の検出回路30の回路構成は、第1の検出回路10と同様である。すなわち、第3の検出回路30は、ホイートストンブリッジ回路34と、差分検出器35とを有している。ホイートストンブリッジ回路34は、電源ポートV3と、グランドポ−トG3と、2つの出力ポ−トE31,E32と、直列に接続された第1の対の磁気検出素子R31,R32と、直列に接続された第2の対の磁気検出素子R33,R34とを含んでいる。磁気検出素子R31,R33の各一端は、電源ポートV3に接続されている。磁気検出素子R31の他端は、磁気検出素子R32の一端と出力ポートE31に接続されている。磁気検出素子R33の他端は、磁気検出素子R34の一端と出力ポートE32に接続されている。磁気検出素子R32,R34の各他端は、グランドポートG3に接続されている。電源ポートV3には、所定の大きさの電源電圧が印加される。グランドポートG3はグランドに接続される。差分検出器35は、出力ポートE31,E32の電位差に対応する信号である第3の信号S3を第2の演算回路62に出力する。   The circuit configuration of the third detection circuit 30 is the same as that of the first detection circuit 10. That is, the third detection circuit 30 includes a Wheatstone bridge circuit 34 and a difference detector 35. The Wheatstone bridge circuit 34 is connected in series with the power supply port V3, the ground port G3, the two output ports E31 and E32, and the first pair of magnetic detection elements R31 and R32 connected in series. And a second pair of magnetic detection elements R33 and R34. One end of each of the magnetic detection elements R31 and R33 is connected to the power supply port V3. The other end of the magnetic detection element R31 is connected to one end of the magnetic detection element R32 and the output port E31. The other end of the magnetic detection element R33 is connected to one end of the magnetic detection element R34 and the output port E32. The other ends of the magnetic detection elements R32 and R34 are connected to the ground port G3. A power supply voltage having a predetermined magnitude is applied to the power supply port V3. The ground port G3 is connected to the ground. The difference detector 35 outputs a third signal S3, which is a signal corresponding to the potential difference between the output ports E31 and E32, to the second arithmetic circuit 62.

本実施の形態では、ホイートストンブリッジ回路(以下、ブリッジ回路と記す。)14,24,34に含まれる全ての磁気検出素子として、磁気抵抗効果型磁気検出素子であるMR素子、特にスピンバルブ型のMR素子を用いている。スピンバルブ型のMR素子は、TMR素子でもよいし、GMR素子でもよい。TMR素子またはGMR素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、回転磁界MFの方向DMに応じて磁化の方向が変化する磁性層である自由層と、磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有している。TMR素子では、非磁性層はトンネルバリア層である。GMR素子では、非磁性層は非磁性導電層である。TMR素子またはGMR素子では、自由層の磁化の方向が磁化固定層の磁化の方向に対してなす角度に応じて抵抗値が変化し、この角度が0°のときに抵抗値は最小値となり、角度が180°のときに抵抗値は最大値となる。以下の説明では、ブリッジ回路14,24,34に含まれる磁気検出素子をMR素子と記す。また、第1ないし第3の磁気検出素子を、第1ないし第3のMR素子と記す。図3において、塗りつぶした矢印は、MR素子における磁化固定層の磁化の方向を表し、白抜きの矢印は、MR素子における自由層の磁化の方向を表している。   In the present embodiment, as all the magnetic detection elements included in the Wheatstone bridge circuit (hereinafter referred to as a bridge circuit) 14, 24, 34, MR elements that are magnetoresistive effect type magnetic detection elements, in particular, spin-valve type elements. An MR element is used. The spin valve MR element may be a TMR element or a GMR element. The TMR element or GMR element includes a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer that is a magnetic layer whose magnetization direction changes according to the direction DM of the rotating magnetic field MF, and a magnetization layer between the magnetization fixed layer and the free layer. And a nonmagnetic layer disposed thereon. In the TMR element, the nonmagnetic layer is a tunnel barrier layer. In the GMR element, the nonmagnetic layer is a nonmagnetic conductive layer. In the TMR element or the GMR element, the resistance value changes according to the angle formed by the magnetization direction of the free layer with respect to the magnetization direction of the magnetization fixed layer, and when this angle is 0 °, the resistance value becomes the minimum value. When the angle is 180 °, the resistance value becomes the maximum value. In the following description, the magnetic detection elements included in the bridge circuits 14, 24, and 34 are referred to as MR elements. The first to third magnetic detection elements are referred to as first to third MR elements. In FIG. 3, a solid arrow indicates the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR element, and a white arrow indicates the magnetization direction of the free layer in the MR element.

第1の検出回路10では、MR素子R11,R14における磁化固定層の磁化の方向は、第1の方向D1(Y方向)に平行な方向であり、MR素子R12,R13における磁化固定層の磁化の方向は、MR素子R11,R14における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図2において、符号DP1を付した矢印は、MR素子R11,R14における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界MFの第1の方向D1(Y方向)の成分の強度に応じて、出力ポートE11,E12の電位差が変化する。従って、第1の検出回路10は、回転磁界MFの第1の方向D1の成分の強度を検出して、その強度を表す第1の信号S1を出力する。   In the first detection circuit 10, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R11 and R14 is parallel to the first direction D1 (Y direction), and the magnetization of the magnetization fixed layer in the MR elements R12 and R13. This direction is opposite to the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R11 and R14. In FIG. 2, the arrow denoted by reference numeral DP1 represents the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R11 and R14. In this case, the potential difference between the output ports E11 and E12 changes according to the intensity of the component in the first direction D1 (Y direction) of the rotating magnetic field MF. Accordingly, the first detection circuit 10 detects the intensity of the component in the first direction D1 of the rotating magnetic field MF and outputs the first signal S1 representing the intensity.

第2の検出回路20では、MR素子R21,R24における磁化固定層の磁化の方向は、第1の方向D1(Y方向)に平行な方向であり、MR素子R22,R23における磁化固定層の磁化の方向は、MR素子R21,R24における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図2において、符号DP2を付した矢印は、MR素子R21,R24における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界MFの第1の方向D1(Y方向)の成分の強度に応じて、出力ポートE21,E22の電位差が変化する。従って、第2の検出回路20は、回転磁界MFの第1の方向D1の成分の強度を検出して、その強度を表す第2の信号S2を出力する。   In the second detection circuit 20, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R21 and R24 is a direction parallel to the first direction D1 (Y direction), and the magnetization of the magnetization fixed layer in the MR elements R22 and R23. This direction is opposite to the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R21 and R24. In FIG. 2, the arrow denoted by reference numeral DP2 represents the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R21 and R24. In this case, the potential difference between the output ports E21 and E22 changes according to the intensity of the component in the first direction D1 (Y direction) of the rotating magnetic field MF. Therefore, the second detection circuit 20 detects the intensity of the component in the first direction D1 of the rotating magnetic field MF, and outputs a second signal S2 representing the intensity.

第3の検出回路30では、MR素子R31,R34における磁化固定層の磁化の方向は、第2の方向D2(X方向)に平行な方向であり、MR素子R32,R33における磁化固定層の磁化の方向は、MR素子R31,R34における磁化固定層の磁化の方向とは反対の方向である。図2において、符号DP3を付した矢印は、MR素子R31,R34における磁化固定層の磁化の方向を表している。この場合、回転磁界MFの第2の方向D2(X方向)の成分の強度に応じて、出力ポートE31,E32の電位差が変化する。従って、第3の検出回路30は、回転磁界MFの第2の方向D2の成分の強度を検出して、その強度を表す第3の信号S3を出力する。   In the third detection circuit 30, the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R31 and R34 is a direction parallel to the second direction D2 (X direction), and the magnetization of the magnetization fixed layer in the MR elements R32 and R33. This direction is opposite to the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the MR elements R31 and R34. In FIG. 2, the arrow with the symbol DP3 represents the direction of magnetization of the magnetization fixed layer in the MR elements R31 and R34. In this case, the potential difference between the output ports E31 and E32 changes according to the intensity of the component in the second direction D2 (X direction) of the rotating magnetic field MF. Therefore, the third detection circuit 30 detects the intensity of the component in the second direction D2 of the rotating magnetic field MF, and outputs a third signal S3 representing the intensity.

なお、検出回路10,20,30内の複数のMR素子における磁化固定層の磁化の方向は、MR素子の作製の精度等の観点から、上述の方向からわずかにずれていてもよい。   Note that the magnetization direction of the magnetization fixed layer in the plurality of MR elements in the detection circuits 10, 20, and 30 may be slightly deviated from the above-mentioned direction from the viewpoint of the accuracy of manufacturing the MR element.

次に、図2、図5および図6を参照して、MR素子の構成の一例と、第1の磁気異方性について説明する。図5は、第1および第3のMR素子の一部を示す斜視図である。この例では、第1および第3のMR素子は、複数の下部電極と、複数のMR膜と、複数の上部電極とを有している。複数の下部電極42は図示しない基板上に配置されている。個々の下部電極42は細長い形状を有している。下部電極42の長手方向に隣接する2つの下部電極42の間には、間隙が形成されている。図5に示したように、下部電極42の上面上において、長手方向の両端の近傍に、それぞれMR膜50が配置されている。   Next, an example of the configuration of the MR element and the first magnetic anisotropy will be described with reference to FIG. 2, FIG. 5, and FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a part of the first and third MR elements. In this example, the first and third MR elements have a plurality of lower electrodes, a plurality of MR films, and a plurality of upper electrodes. The plurality of lower electrodes 42 are disposed on a substrate (not shown). Each lower electrode 42 has an elongated shape. A gap is formed between two lower electrodes 42 adjacent to each other in the longitudinal direction of the lower electrode 42. As shown in FIG. 5, MR films 50 are disposed on the upper surface of the lower electrode 42 in the vicinity of both ends in the longitudinal direction.

MR膜50は、下部電極42側から順に積層された自由層51、非磁性層52、磁化固定層53および反強磁性層54を含んでいる。図5に示した例では、MR膜50は、円柱形状を有している。この場合、自由層51の平面形状は円形になる。自由層51は、下部電極42に電気的に接続されている。反強磁性層54は、反強磁性材料よりなり、磁化固定層53との間で交換結合を生じさせて、磁化固定層53の磁化の方向を固定する。複数の上部電極43は、複数のMR膜50の上に配置されている。個々の上部電極43は細長い形状を有し、下部電極42の長手方向に隣接する2つの下部電極42上に配置されて隣接する2つのMR膜50の反強磁性層54同士を電気的に接続する。このような構成により、図5に示したMR素子は、複数の下部電極42と複数の上部電極43とによって直列に接続された複数のMR膜50を有している。なお、MR膜50における層51〜54の配置は、図5に示した配置とは上下が反対でもよい。   The MR film 50 includes a free layer 51, a nonmagnetic layer 52, a magnetization fixed layer 53, and an antiferromagnetic layer 54 that are sequentially stacked from the lower electrode 42 side. In the example shown in FIG. 5, the MR film 50 has a cylindrical shape. In this case, the planar shape of the free layer 51 is circular. The free layer 51 is electrically connected to the lower electrode 42. The antiferromagnetic layer 54 is made of an antiferromagnetic material and causes exchange coupling with the magnetization fixed layer 53 to fix the magnetization direction of the magnetization fixed layer 53. The plurality of upper electrodes 43 are disposed on the plurality of MR films 50. Each upper electrode 43 has an elongated shape and is disposed on two lower electrodes 42 adjacent to each other in the longitudinal direction of the lower electrode 42 to electrically connect the antiferromagnetic layers 54 of the two adjacent MR films 50 to each other. To do. With such a configuration, the MR element shown in FIG. 5 has a plurality of MR films 50 connected in series by a plurality of lower electrodes 42 and a plurality of upper electrodes 43. The arrangement of the layers 51 to 54 in the MR film 50 may be upside down from the arrangement shown in FIG.

図6は、第2のMR素子の一部を示す斜視図である。第2のMR素子の構成は、基本的には、第1および第3のMR素子の構成と同じである。ただし、第2のMR素子では、MR膜50の形状が、第1および第3のMR素子におけるMR膜50の形状とは異なっている。図6に示した例では、MR膜50は、楕円柱形状を有している。この場合、自由層51の平面形状は楕円形になる。   FIG. 6 is a perspective view showing a part of the second MR element. The configuration of the second MR element is basically the same as that of the first and third MR elements. However, in the second MR element, the shape of the MR film 50 is different from the shape of the MR film 50 in the first and third MR elements. In the example shown in FIG. 6, the MR film 50 has an elliptic cylinder shape. In this case, the planar shape of the free layer 51 is elliptical.

このように、本実施の形態では、第1および第3のMR素子の自由層51の平面形状を円形とし、第2のMR素子の自由層51の平面形状を楕円形とすることによって、第1および第3のMR素子には設定されていない、形状異方性による第1の磁気異方性を、第2のMR素子に設定している。   As described above, in the present embodiment, the planar shape of the free layer 51 of the first and third MR elements is circular, and the planar shape of the free layer 51 of the second MR element is elliptical. First magnetic anisotropy due to shape anisotropy, which is not set in the first and third MR elements, is set in the second MR element.

第2のMR素子において、自由層51の平面形状である楕円の長軸方向が、自由層51の磁化容易軸方向となる。この自由層51の磁化容易軸方向は、図2に示した第1の磁気異方性による磁化容易軸方向DA1と一致する。第2のMR素子において、自由層51の磁化容易軸方向は、磁化固定層53の磁化方向(第1の方向D1)に対して平行ではなく且つ直交していないことが好ましい。   In the second MR element, the major axis direction of the ellipse that is the planar shape of the free layer 51 is the easy axis direction of magnetization of the free layer 51. The easy axis direction of the free layer 51 coincides with the easy axis direction DA1 due to the first magnetic anisotropy shown in FIG. In the second MR element, it is preferable that the easy axis direction of the free layer 51 is not parallel to or orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer 53 (first direction D1).

なお、MR膜50の形状は、図5および図6に示した例に限られない。例えば、第1および第3のMR素子におけるMR膜50は、上面が正方形の角柱形状を有していてもよいし、第2のMR素子におけるMR膜50は、上面が長方形の角柱形状を有していてもよい。   The shape of the MR film 50 is not limited to the examples shown in FIGS. For example, the MR film 50 in the first and third MR elements may have a prismatic shape with a square top surface, and the MR film 50 in the second MR element has a prismatic shape with a rectangular top surface. You may do it.

次に、第1および第3の信号S1,S3の波形について説明する。図3に示した例では、第1および第3のMR素子に第2の磁気異方性が生じていない状態では、理想的には、第3のMR素子の磁化固定層の磁化方向は、第1のMR素子の磁化固定層の磁化方向に直交している。この場合、理想的には、第1の信号S1の波形は、角度θに依存したサイン(Sine)波形になり、第3の信号S3の波形は、角度θに依存したコサイン(Cosine)波形になる。この場合、第3の信号S3の位相は、第1の信号S1の位相に対して、信号周期Tの1/4すなわちπ/2(90°)だけ異なっている。   Next, the waveforms of the first and third signals S1 and S3 will be described. In the example shown in FIG. 3, in the state where the second magnetic anisotropy is not generated in the first and third MR elements, ideally, the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the third MR element is It is orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the first MR element. In this case, ideally, the waveform of the first signal S1 is a sine waveform depending on the angle θ, and the waveform of the third signal S3 is a cosine waveform depending on the angle θ. Become. In this case, the phase of the third signal S3 differs from the phase of the first signal S1 by ¼ of the signal period T, that is, π / 2 (90 °).

角度θが0°よりも大きく180°よりも小さいときは、第1の信号S1は正の値であり、角度θが180°よりも大きく360°よりも小さいときは、第1の信号S1は負の値である。また、角度θが0°以上90°未満のとき、および270°より大きく360°以下のときは、第3の信号S3は正の値であり、角度θが90°よりも大きく270°よりも小さいときは、第3の信号S3は負の値である。   When the angle θ is larger than 0 ° and smaller than 180 °, the first signal S1 is a positive value, and when the angle θ is larger than 180 ° and smaller than 360 °, the first signal S1 is Negative value. Further, when the angle θ is not less than 0 ° and less than 90 °, and when it is greater than 270 ° and less than or equal to 360 °, the third signal S3 is a positive value, and the angle θ is greater than 90 ° and greater than 270 °. When small, the third signal S3 is a negative value.

上述のように、本実施の形態では、第1および第3のMR素子に第2の磁気異方性が生じていない状態では、第1および第3の信号S1,S3の波形は、理想的には正弦曲線となる。しかし、第1および第3のMR素子に後天的に第2の磁気異方性が生じると、第1および第3の信号S1,S3の波形は、正弦曲線から歪む。第1および第3のMR素子に生じる第2の磁気異方性は、MR素子の自由層51に生じる誘導磁気異方性によるものである。この自由層51の誘導磁気異方性は、例えば、MR素子に特定の方向の外部磁界が印加されたままで、MR素子の温度が高温から下降した場合に生じる。   As described above, in the present embodiment, in the state where the second magnetic anisotropy is not generated in the first and third MR elements, the waveforms of the first and third signals S1 and S3 are ideal. Is a sinusoidal curve. However, when the second magnetic anisotropy is acquired in the first and third MR elements, the waveforms of the first and third signals S1 and S3 are distorted from sinusoidal curves. The second magnetic anisotropy generated in the first and third MR elements is due to the induced magnetic anisotropy generated in the free layer 51 of the MR element. The induced magnetic anisotropy of the free layer 51 occurs, for example, when the temperature of the MR element falls from a high temperature while an external magnetic field in a specific direction is applied to the MR element.

第2の磁気異方性によって波形が歪んだ第1および第3の信号S1,S3は、近似的に、第2の磁気異方性に基づく角度変動項を含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第1および第3の信号S1,S3は、近似的に、下記の式(1)、(2)で表すことができる。   The first and third signals S1 and S3 whose waveforms are distorted by the second magnetic anisotropy are approximately represented by a trigonometric function using a variable including an angular variation term based on the second magnetic anisotropy. be able to. Specifically, the first and third signals S1 and S3 can be approximately expressed by the following equations (1) and (2).

S1=sin[θ−Asin{2(θ−α)}] …(1)
S3=cos[θ−Asin{2(θ−α)}] …(2)
S1 = sin [θ-Asin {2 (θ-α)}] (1)
S3 = cos [θ-Asin {2 (θ−α)}] (2)

上記の式(1)、(2)において、Asin{2(θ−α)}は、第2の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Aは振幅(角度変動の最大値)を表し、αはθに対する位相差を表している。なお、この角度変動項におけるαは、図2に示したαと同じものである。この角度変動項の周期は、信号周期Tの1/2、すなわちπ(180°)となる。   In the above formulas (1) and (2), Asin {2 (θ−α)} is an angular variation term based on the second magnetic anisotropy. In this angular variation term, A represents amplitude (maximum value of angular variation), and α represents a phase difference with respect to θ. Note that α in this angular variation term is the same as α shown in FIG. The period of this angular variation term is ½ of the signal period T, that is, π (180 °).

次に、第2の信号S2の波形について説明する。図3に示した例では、第2のMR素子の磁化固定層の磁化方向は、第1のMR素子の磁化固定層の磁化方向と一致している。この場合、第2の信号S2の波形は、第1の信号S1の波形と類似したものとなる。ただし、第2のMR素子には、第1のMR素子には設定されていない第1の磁気異方性が設定されていることから、この第1の磁気異方性に起因して、第2の信号S2の波形は、第1の信号S1の波形とは若干異なったものとなる。このようにして、第1の信号S1と第2の信号S2における第1の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なる。   Next, the waveform of the second signal S2 will be described. In the example shown in FIG. 3, the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the second MR element coincides with the magnetization direction of the magnetization fixed layer of the first MR element. In this case, the waveform of the second signal S2 is similar to the waveform of the first signal S1. However, since the second MR element has the first magnetic anisotropy that is not set in the first MR element, the first MR anisotropy causes the first MR anisotropy. The waveform of the second signal S2 is slightly different from the waveform of the first signal S1. In this way, the variations caused by the first magnetic anisotropy in the first signal S1 and the second signal S2 are different from each other.

第2のMR素子に後天的に第2の磁気異方性が生じると、第2の信号S2の波形は、第1および第2の磁気異方性に起因して、正弦曲線から歪む。第1および第2の磁気異方性に起因して歪んだ第2の信号S2は、近似的に、第1の磁気異方性に基づく角度変動項と第2の磁気異方性に基づく角度変動項とを含む変数を用いた三角関数で表すことができる。具体的には、第2の信号S2は、近似的に、下記の式(3)で表すことができる。   When the second magnetic anisotropy is acquired in the second MR element, the waveform of the second signal S2 is distorted from the sine curve due to the first and second magnetic anisotropies. The second signal S2 distorted due to the first and second magnetic anisotropies is approximately an angle variation term based on the first magnetic anisotropy and an angle based on the second magnetic anisotropy. It can be expressed by a trigonometric function using a variable including a fluctuation term. Specifically, the second signal S2 can be approximately expressed by the following equation (3).

S2=sin[θ−Asin{2(θ−α)}−Bsin{2(θ−β)}]…(3)   S2 = sin [[theta] -Asin {2 ([theta]-[alpha])}-Bsin {2 ([theta]-[beta])}] (3)

上記の式(3)において、Bsin{2(θ−β)}は、第1の磁気異方性に基づく角度変動項である。この角度変動項において、Bは振幅(角度変動の最大値)を表し、βはθに対する位相差を表している。なお、この角度変動項におけるβは、図2に示したβと同じものである。この角度変動項の周期は、信号周期Tの1/2、すなわちπ(180°)となる。第1の磁気異方性は任意に設定することができることから、Bおよびβの値も任意に設定することができる。   In the above formula (3), B sin {2 (θ−β)} is an angular variation term based on the first magnetic anisotropy. In this angular variation term, B represents amplitude (maximum value of angular variation), and β represents a phase difference with respect to θ. Note that β in this angular variation term is the same as β shown in FIG. The period of this angular variation term is ½ of the signal period T, that is, π (180 °). Since the first magnetic anisotropy can be set arbitrarily, the values of B and β can also be set arbitrarily.

図7は、第1の信号S1の波形と第2の信号S2の波形の一例を示している。図7において、横軸は角度θを示し、縦軸は第1および第2の信号S1,S2の大きさ(電圧)を示している。符号71で示す波形は第1の信号S1の波形を示し、符号72で示す波形は、第2の信号S2の波形を示している。なお、図7に示した各波形は、式(1)、(3)を用いてシミュレーションによって作成したものである。このシミュレーションでは、式(1)、(3)におけるAを5°とし、式(1)、(3)におけるαを0°とし、式(3)におけるBを10°とし、式(3)におけるβを45°とした。図7に示したように、第2の信号S2の波形は、第1の信号S1の波形とは若干異なったものとなる。   FIG. 7 shows an example of the waveform of the first signal S1 and the waveform of the second signal S2. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the angle θ, and the vertical axis indicates the magnitudes (voltages) of the first and second signals S1 and S2. The waveform denoted by reference numeral 71 represents the waveform of the first signal S1, and the waveform denoted by reference numeral 72 represents the waveform of the second signal S2. Each waveform shown in FIG. 7 is created by simulation using equations (1) and (3). In this simulation, A in equations (1) and (3) is 5 °, α in equations (1) and (3) is 0 °, B in equation (3) is 10 °, and in equation (3) β was 45 °. As shown in FIG. 7, the waveform of the second signal S2 is slightly different from the waveform of the first signal S1.

次に、第1の演算回路61について説明する。第1の演算回路61は、第2の磁気異方性に起因して検出値θsに生じる誤差を補正するための補正情報を求める。図4は、第1の演算回路61の構成の一例を示すブロック図である。この例では、第1の演算回路61は、信号取得部61A、補正情報演算部61Bおよび設定部61Cを有している。ここで、信号取得部61Aとは、時間的に推移する第1の信号S1、第2の信号S2のうち、予め決められた値の一方の信号と同時刻に得られる他方の信号とを入手するものである。設定部61Cには、少なくとも1以上の三角関数の値(S1a、S2a)と三角関数の値の逆関数で求められる異なる2つの角度(θa、θb)と第1の磁気異方性に基づく角度変動項におけるBとβが設定されている。信号取得部61Aは、同時刻に得られる第1の信号S1と第2の信号S2の対を信号対としたとき、回転磁界MFの方向DMが所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移から、第1の信号S1の出力が設定部61Cに設定された少なくとも1以上の三角関数の値S1aと等しい時の(同時刻に得られる)第2の信号S2aを取得する。同じく、第1の信号S1の出力が設定部61Cに設定された少なくとも1以上の三角関数の値S1bと等しい時の(同時刻に得られる)第2の信号S2bを取得する。補正情報演算部61Bは、設定部61Cに予め設定した異なる2つの角度(θa、θb)と、任意に設定したB、βと、信号取得部61Aで取得した第2の信号S2aとS2bを用いて補正情報A、αを演算する。所定範囲は、360°でもよいし、後で説明する信号対の推移の態様から補正情報を求めることが可能であれば360°未満の範囲でもよい。あるいは、360°未満の異なる複数の範囲でもよいし、異なる複数の角度でもよい。以下の説明では、所定範囲を360°とする。   Next, the first arithmetic circuit 61 will be described. The first arithmetic circuit 61 obtains correction information for correcting an error that occurs in the detected value θs due to the second magnetic anisotropy. FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the first arithmetic circuit 61. In this example, the first arithmetic circuit 61 includes a signal acquisition unit 61A, a correction information calculation unit 61B, and a setting unit 61C. Here, the signal obtaining unit 61A obtains one signal having a predetermined value and the other signal obtained at the same time among the first signal S1 and the second signal S2 that change with time. To do. The setting unit 61C includes at least two different angles (θa, θb) obtained by inverse functions of trigonometric function values (S1a, S2a) and trigonometric function values and angles based on the first magnetic anisotropy. B and β in the fluctuation term are set. When the signal acquisition unit 61A uses a pair of the first signal S1 and the second signal S2 obtained at the same time as a signal pair, the signal acquisition unit 61A From the transition, the second signal S2a when the output of the first signal S1 is equal to the value S1a of at least one or more trigonometric functions set in the setting unit 61C (obtained at the same time) is acquired. Similarly, the second signal S2b when the output of the first signal S1 is equal to the value S1b of at least one or more trigonometric functions set in the setting unit 61C (obtained at the same time) is acquired. The correction information calculation unit 61B uses two different angles (θa, θb) preset in the setting unit 61C, B and β set arbitrarily, and the second signals S2a and S2b acquired by the signal acquisition unit 61A. To calculate correction information A and α. The predetermined range may be 360 °, or may be a range of less than 360 ° as long as correction information can be obtained from the manner of transition of signal pairs described later. Alternatively, it may be a plurality of different ranges of less than 360 °, or a plurality of different angles. In the following description, the predetermined range is 360 °.

図8の(a)、(b)、(c)は、信号対の推移の態様の3つの例を示している。図8の(a)、(b)、(c)において、横軸は第1の信号S1の大きさ(電圧)を示し、縦軸は第2の信号S2の大きさ(電圧)を示している。図8の(a)、(b)、(c)に示した3つのリサージュ曲線は、式(1)、(3)を用いてシミュレーションによって作成したものである。このシミュレーションでは、式(1)、(3)におけるαを0°とし、式(3)におけるBを10°とし、式(3)におけるβを45°とした。図8の(a)、(b)、(c)は、それぞれ、式(1)、(3)におけるAが0°、5°、10°の場合におけるリサージュ曲線を示している。   (A), (b), and (c) of FIG. 8 show three examples of changes in signal pairs. 8A, 8B, and 8C, the horizontal axis indicates the magnitude (voltage) of the first signal S1, and the vertical axis indicates the magnitude (voltage) of the second signal S2. Yes. The three Lissajous curves shown in (a), (b), and (c) of FIG. 8 are created by simulation using equations (1) and (3). In this simulation, α in equations (1) and (3) was 0 °, B in equation (3) was 10 °, and β in equation (3) was 45 °. (A), (b), and (c) of FIG. 8 show Lissajous curves when A in Formulas (1) and (3) is 0 °, 5 °, and 10 °, respectively.

図8に示したように、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)は、第2の磁気異方性の態様によって変化する。従って、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)から、第2の磁気異方性に関する情報を得ることが可能である。この情報は、第2の磁気異方性に起因して検出値θsに生じる誤差を補正するための補正情報となる。より詳しく説明すると、第2の磁気異方性の態様は、式(1)、(3)におけるAとαの値の組み合わせによって決まる。以下、Aとαの値の組み合わせを(A,α)と表現する。本実施の形態では、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)から得られる異なる2つの第2の信号に基づいて、(A,α)を特定することが可能であり、この(A,α)が補正情報となる。   As shown in FIG. 8, the transition state of the signal pair (the shape of the Lissajous curve) varies depending on the second magnetic anisotropy aspect. Therefore, it is possible to obtain information on the second magnetic anisotropy from the transition state of the signal pair (the shape of the Lissajous curve). This information is correction information for correcting an error that occurs in the detected value θs due to the second magnetic anisotropy. More specifically, the second aspect of magnetic anisotropy is determined by the combination of the values of A and α in the equations (1) and (3). Hereinafter, the combination of the values of A and α is expressed as (A, α). In the present embodiment, it is possible to specify (A, α) based on two different second signals obtained from the transition state of the signal pair (the shape of the Lissajous curve). α) is the correction information.

なお、以下の例外を除いて、(A,α)が異なれば、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)が異なる。例外は、βが90°の場合と0゜の場合、すなわち、第2のMR素子において、自由層51の磁化容易軸方向DA1が磁化固定層53の磁化方向(第1の方向D1)に対して平行な場合と直交している場合である。これらの場合には、Aが等しいという前提の下で、α=γ(γは0°より大きく90°より小さい)のときと、α=180°−γのときに、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)が等しくなる。そのため、第2のMR素子において、自由層51の磁化容易軸方向DA1は、磁化固定層53の磁化方向(第1の方向D1)に対して平行ではなく且つ直交していないことが好ましい。   With the exception of the following exceptions, if (A, α) is different, the transition of the signal pair (the shape of the Lissajous curve) is different. The exceptions are when β is 90 ° and 0 °, that is, in the second MR element, the magnetization easy axis direction DA1 of the free layer 51 is relative to the magnetization direction (first direction D1) of the magnetization fixed layer 53. Parallel and orthogonal. In these cases, on the premise that A is equal, when α = γ (γ is larger than 0 ° and smaller than 90 °) and when α = 180 ° −γ, how signal pairs change (Lissajous curve shape) becomes equal. Therefore, in the second MR element, it is preferable that the easy axis direction DA1 of the free layer 51 is not parallel to or orthogonal to the magnetization direction (first direction D1) of the magnetization fixed layer 53.

なお、ここでは第1の信号S1と第2の信号S2との最大値と最小値が等しくなるようにそれぞれの磁気抵抗素子が設計されている。また、第1の信号S1と第2の信号S2を出力するそれぞれの磁気抵抗素子には飽和磁界が印加されており、同一の飽和磁界の方向に対してブリッジ回路を形成するそれぞれの磁気抵抗素子の磁化固定層の固定された方向が同じ方向となるように設計されている。このように磁気抵抗素子が設計されているので、同一の飽和磁界に対するそれぞれの磁化固定層の固定された方向を基準方向とする基準平面内の角度は同等とみなすことが可能となる。また、第1の信号S1と第2の信号S2との最大値と最小値が等しくなるよう設計されているので、信号の取り扱いが容易となっている。 Here, the magnetoresistive elements are designed so that the maximum value and the minimum value of the first signal S1 and the second signal S2 are equal. A saturation magnetic field is applied to each magnetoresistive element that outputs the first signal S1 and the second signal S2, and each magnetoresistive element that forms a bridge circuit in the direction of the same saturation magnetic field. The fixed direction of the magnetization fixed layer is designed to be the same direction. Since the magnetoresistive element is designed in this way, the angles in the reference plane having the fixed direction of each magnetization fixed layer with respect to the same saturation magnetic field as the reference direction can be regarded as equivalent. Further, since the maximum value and the minimum value of the first signal S1 and the second signal S2 are designed to be equal, the handling of the signal is easy.

図8の(b)を使って、信号取得部61Aにおける第2の信号S2a、S2bの取得について具体的に説明する。 The acquisition of the second signals S2a and S2b in the signal acquisition unit 61A will be specifically described with reference to (b) of FIG.

図8の(b)は、式(1)、(3)を用いてシミュレーションによって作成したものである。このシミュレーションでは、式(1)、(3)におけるαを0°、Aが5°とし、式(3)におけるBを10°とし、式(3)におけるβを45°とした場合におけるリサージュ曲線を示している。 (B) in FIG. 8 is created by simulation using equations (1) and (3). In this simulation, Lissajous curves when α in equations (1) and (3) is 0 °, A is 5 °, B in equation (3) is 10 °, and β in equation (3) is 45 °. Is shown.

設定部61Cは補正情報A=0、α=0の時の少なくとも1以上の三角関数の値、例えば、S1a=S2a=0.5と、逆三角関数、例えば、式(1)の逆正弦関数で求められる異なる2つの角度、すなわちθa=30°、θb=150°、さらに、第1の磁気異方性に基づく角度変動項におけるBとβ、例えばB=10°、β=45°を出力する。なお、設定部61Cは少なくとも1以上の三角関数の値(S1a、S2a)、逆正弦関数で求められる異なる2つの角度(θa、θb)、第1の磁気異方性に基づく角度変動項におけるBとβは、予めメモリに記憶しておいても良いし、随時演算しても良い。 The setting unit 61C has at least one trigonometric function value when the correction information A = 0 and α = 0, for example, S1a = S2a = 0.5, and an inverse trigonometric function, for example, an inverse sine function of Expression (1). Output two different angles obtained by (i.e., θa = 30 °, θb = 150 °), and B and β in the angular variation term based on the first magnetic anisotropy, for example, B = 10 °, β = 45 ° To do. The setting unit 61C has at least one trigonometric function value (S1a, S2a), two different angles (θa, θb) obtained by an inverse sine function, and B in the angle variation term based on the first magnetic anisotropy. And β may be stored in a memory in advance or may be calculated at any time.

信号取得部61Aは、例えば、第1の信号S1の出力がS1=S1a=0.5となる同時刻に得られる第2の信号S2aを出力する。同じく、第1の信号S1の出力がS1=S1b=0.5となる同時刻に得られるS2aとは異なる第2の信号S2bを出力する。なお、S1a、S1bは設定部61Cから出力される。 For example, the signal acquisition unit 61A outputs the second signal S2a obtained at the same time when the output of the first signal S1 is S1 = S1a = 0.5. Similarly, the second signal S2b different from S2a obtained at the same time when the output of the first signal S1 is S1 = S1b = 0.5 is output. S1a and S1b are output from the setting unit 61C.

次に、補正情報(A、α)の演算について式(1)、(3)を使って具体的に説明する。 Next, the calculation of the correction information (A, α) will be specifically described using equations (1) and (3).

補正情報演算部61Bは、信号取得部61Aで求めたS2aとS2bと設定部61Cに設定された第1の磁気異方性に基づく角度変動項におけるBとβとに基づいて、補正情報(A、α)を求める。なお、“arcsin”は、アークサインを表す。
θa=30°において、式(1)は以下となる。
0.5=sin[θ−Asin{2(θ−α)}]の逆三角関数より、
θ−Asin{2(θ−α)}=30° …(4)
また、式(3)に式(4)を代入することで以下となる。
S2a=sin[30°−Bsin{2(θ−β)}] …(5)
ここで、式(5)をθについて解くと、
30°−Bsin{2(θ−β)}=arcsin(S2a)
Bsin{2(θ−β)}=30°−arcsin(S2a)の逆三角(正弦)関数より、
2(θ−β)=arcsin[{30°−arcsin(S2a)}/B]
θ=(1/2)・arcsin[{30°−arcsin(S2a)}/B]+β …(6)
ここで、式(6)は設定部61Cに設定したBとβとS2aから導かれる定数であり、θ=θac(定数)とおくと、式(4)から次式となる。
θac−Asin{2(θac−α)}=30° …(7)
同様に、θb=150°において次式が導かれる。
θbc−Asin{2(θbc−α)}=150° …(8)
なお、
θbc=(1/2)・arcsin[{150°−arcsin(S2b)}/B]+β
…(9)
よって、式(7)、(8)から補正情報A、αを求めることができる。以上より、異なる2つの第2の信号S2a、S2bに基づいて、補正情報(A、α)を求めることが可能となっている。また、異なる2つの第1の信号S1a、S1bの信号に基づいて同様の演算を行うことも可能である。この場合は、第1の信号S1に対する逆正弦関数の値から異なる2つの角度を求めれば良いことになる。なお、説明のため、第1の信号S1を横軸、第2の信号S2を縦軸としているが、第2の信号S2を横軸、第1の信号S1を縦軸としても良く、この場合であっても、補正情報(A、α)を演算することは可能である。従って第1の信号S1および第2の信号S2のうちの一方の異なる2つの信号に基づいて、補正情報を求めることが可能となっている。
Based on S2a and S2b obtained by the signal acquisition unit 61A and B and β in the angle variation term based on the first magnetic anisotropy set in the setting unit 61C, the correction information calculation unit 61B calculates correction information (A , Α). “Arcsin” represents an arc sine.
When θa = 30 °, the expression (1) is as follows.
From the inverse trigonometric function of 0.5 = sin [θ-Asin {2 (θ-α)}],
θ−Asin {2 (θ−α)} = 30 ° (4)
Moreover, it becomes the following by substituting Formula (4) for Formula (3).
S2a = sin [30 ° −Bsin {2 (θ−β)}] (5)
Here, when equation (5) is solved for θ,
30 ° -Bsin {2 (θ-β)} = arcsin (S2a)
From the inverse trigonometric (sine) function of Bsin {2 (θ−β)} = 30 ° -arcsin (S2a),
2 (θ−β) = arcsin [{30 ° -arcsin (S2a)} / B]
θ = (1/2) · arcsin [{30 ° -arcsin (S2a)} / B] + β (6)
Here, the equation (6) is a constant derived from B, β, and S2a set in the setting unit 61C. When θ = θac (constant) is set, the following equation is obtained from the equation (4).
θac−Asin {2 (θac−α)} = 30 ° (7)
Similarly, the following equation is derived at θb = 150 °.
θbc−Asin {2 (θbc−α)} = 150 ° (8)
In addition,
θbc = (1/2) · arcsin [{150 ° -arcsin (S2b)} / B] + β
... (9)
Therefore, the correction information A and α can be obtained from the equations (7) and (8). As described above, the correction information (A, α) can be obtained based on the two different second signals S2a and S2b. It is also possible to perform the same calculation based on the signals of two different first signals S1a and S1b. In this case, two different angles may be obtained from the value of the inverse sine function for the first signal S1. For the sake of explanation, the first signal S1 is shown on the horizontal axis and the second signal S2 is shown on the vertical axis. Even so, it is possible to calculate the correction information (A, α). Accordingly, correction information can be obtained based on two different signals of one of the first signal S1 and the second signal S2.

なお、本実施の形態では、三角関数の値の逆関数で求められる異なる2つの角度が30°と150°について補正情報(A,α)を求めたが、異なる角度であれば、0°以上360°未満の範囲でどの角度を選んでもかまわない。また、少なくとも1以上の三角関数の値は同一でなくてもよい。 In the present embodiment, the correction information (A, α) is obtained for two different angles 30 ° and 150 ° obtained by the inverse function of the trigonometric function value. Any angle can be selected within a range of less than 360 °. Further, at least one or more trigonometric functions may not have the same value.

なお、少なくとも1以上の三角関数の値が同一の場合、すなわち、ひとつの値である場合、信号取得部で検出する電圧がひとつとなることから実際の回路規模を小さくすることが可能となる。また、第1の信号および第2の信号の最大、最小とは異なる角度であれば、信号取得部の検出誤差を低減することが可能となるので、より精度の良い補正情報を求めることが可能となる。 When at least one trigonometric function value is the same, that is, when it is one value, the voltage detected by the signal acquisition unit is one, so that the actual circuit scale can be reduced. In addition, if the angle is different from the maximum and minimum of the first signal and the second signal, the detection error of the signal acquisition unit can be reduced, so that more accurate correction information can be obtained. It becomes.

なお、補正情報(A,α)を求めるためには、信号取得部61Aによって、回転磁界MFの方向DMが所定範囲で回転する過程で得られる信号を取得する必要がある。また、信号取得部61Aは、予め決められた時間以上の時間間隔を開けて、回転磁界センサ1の動作中であって回転磁界MFの方向DMが所定範囲以上回転したときに、信号を取得するように設定されていてもよい。あるいは、信号取得部61Aは、使用者の指示があったときに、信号を取得するように設定されていてもよい。また、信号取得部61Aは、信号対の推移をメモリ等に保存し第2の信号を選択して取得するように設定されていてもよい。 In order to obtain the correction information (A, α), it is necessary to acquire a signal obtained in the process in which the direction DM of the rotating magnetic field MF rotates within a predetermined range by the signal acquisition unit 61A. In addition, the signal acquisition unit 61A acquires a signal at a predetermined time interval or more and when the rotating magnetic field sensor 1 is operating and the direction DM of the rotating magnetic field MF rotates more than a predetermined range. It may be set as follows. Alternatively, the signal acquisition unit 61A may be set so as to acquire a signal when an instruction from the user is given. Further, the signal acquisition unit 61A may be set to store the transition of the signal pair in a memory or the like and select and acquire the second signal.

第1の演算回路61は、信号取得部61Aによって、新たな信号が取得され、それに応じて新たな補正情報(A,α)を求め、出力する補正情報(A,α)を更新する。   In the first arithmetic circuit 61, a new signal is acquired by the signal acquisition unit 61 </ b> A, new correction information (A, α) is obtained accordingly, and the correction information (A, α) to be output is updated.

また、設定部61Cが出力する少なくとも1以上の三角関数の値(S1a、S2a)、逆正弦関数で求められる異なる2つの角度(θa、θb)、第1の磁気異方性に基づく角度変動項におけるBとβは、通信インターフェース等を介して演算部61に与えても良い。 Further, at least one trigonometric function value (S1a, S2a) output from the setting unit 61C, two different angles (θa, θb) obtained by an inverse sine function, and an angle variation term based on the first magnetic anisotropy. B and β may be given to the calculation unit 61 via a communication interface or the like.

また、第2の磁気抵抗素子に代えて、第1の磁気抵抗素子に第1の磁気異方性が設定されていても良い。この場合であっても設定部から該当する角度変動項が出力され、補正情報演算部61Bの数式上の取り扱いは変わらない。 Further, instead of the second magnetoresistive element, first magnetic anisotropy may be set in the first magnetoresistive element. Even in this case, the corresponding angle variation term is output from the setting unit, and the handling of the correction information calculation unit 61B in the mathematical expression does not change.

また、図8から明らかなように、第1の信号S1および第2の信号S2を出力する磁気抵抗素子の自由層に磁気異方性が存在する場合、オフセット電圧が0である第1の信号S1と第2の信号S2を使用するリサージュ曲線はそれぞれの信号が0となる近傍で理想的な曲線(直線)から離れている。つまり、この近傍では同一となる第1の信号S1および第2の信号S2のうち一方の信号に対する第1の信号S1および第2の信号S2のうちの他方の信号の異なる2つの値はそれ以外の一方の信号に対する異なる2つの他方の信号の差より大きくなるので、計算上の誤差をより低減できることが可能となっている。従って、第1の信号S1と第2の信号S2とが等しい値となる点を結んだ第1の直線に対する垂線の長さの方向が異なる、連続する第1の信号S1および第2の信号S2のうち一方を引数とする2つの他方の信号のそれぞれの垂線の長さが最大となる一方の信号の第1の最大値および第2の最大値をSmax1、Smax2(但し、Smax1>Smax2)とした場合に、一方の信号のとりうる値の範囲はSmax2以上Smax1以下とすることが好ましい。なお、それぞれの信号に直流オフセット信号Voff1、Voff2が印加された場合でも上記関係は満たされる。交流オフセットが印加される場合は交流オフセットを減算すれば、上記関係は満たされる。なお、本構成は既存の集積回路などを利用することで容易に実現可能である。 Further, as is apparent from FIG. 8, when magnetic anisotropy exists in the free layer of the magnetoresistive element that outputs the first signal S1 and the second signal S2, the first signal whose offset voltage is zero. The Lissajous curve using S1 and the second signal S2 is away from an ideal curve (straight line) in the vicinity where each signal becomes zero. That is, two different values of the other one of the first signal S1 and the second signal S2 for one of the first signal S1 and the second signal S2 that are the same in the vicinity are the other values. Since the difference between two different signals with respect to one signal is larger than that of the other signal, a calculation error can be further reduced. Therefore, the continuous first first signal S1 and second signal S2 are different in the direction of the length of the perpendicular to the first straight line connecting the points where the first signal S1 and the second signal S2 have the same value. Smax1 and Smax2 (where Smax1> Smax2) are the first maximum value and the second maximum value of one of the signals having the maximum length of the other perpendicular to each other. In this case, the range of values that one signal can take is preferably Smax2 or more and Smax1 or less. The above relationship is satisfied even when the DC offset signals Voff1 and Voff2 are applied to the respective signals. When an AC offset is applied, the above relationship is satisfied by subtracting the AC offset. This configuration can be easily realized by using an existing integrated circuit or the like.

次に、図3を参照して、第2の演算回路62の作用と、検出値θsの算出方法について説明する。図3に示したように、第2の演算回路62には、第1および第3の信号S1,S3と補正情報(A,α)が入力される。第2の演算回路62は、第1の信号S1、第3の信号S3および補正情報(A,α)を用いて、補正された検出値θsを算出する。   Next, the operation of the second arithmetic circuit 62 and the calculation method of the detection value θs will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the first arithmetic circuit 62 receives the first and third signals S1, S3 and the correction information (A, α). The second arithmetic circuit 62 calculates the corrected detection value θs using the first signal S1, the third signal S3, and the correction information (A, α).

ここで、検出値θsの算出方法の一例について説明する。この例では、第2の演算回路62は、まず、式(1)、(2)に、第1の演算回路61によって求められた補正情報(A,α)を代入する。次に、式(1)、(2)において、角度θを所定の角度間隔で変化させて、角度θと、第1および第3の信号S1,S3の計算値との対応関係を示すテーブルを作成する。表1に、角度θと第1の信号S1の計算値との対応関係を示すテーブルを示す。このテーブルと同様に、角度θと第3の信号S3の計算値との対応関係を示すテーブルも作成される。   Here, an example of a method for calculating the detection value θs will be described. In this example, the second arithmetic circuit 62 first substitutes the correction information (A, α) obtained by the first arithmetic circuit 61 into the equations (1) and (2). Next, in Expressions (1) and (2), a table showing a correspondence relationship between the angle θ and the calculated values of the first and third signals S1 and S3 by changing the angle θ at a predetermined angular interval. create. Table 1 shows a table showing the correspondence between the angle θ and the calculated value of the first signal S1. Similar to this table, a table indicating the correspondence between the angle θ and the calculated value of the third signal S3 is also created.

Figure 2014035204
Figure 2014035204

表1において、θ,θ,・・・,θは、0°以上360°未満の範囲内で所定の角度間隔を開けて選択された角度θの値の順列である。S1,S1,・・・,S1は、それぞれ、式(1)にθ,θ,・・・,θを代入して得られた第1の信号S1の計算値を表している。ここで、順列θ,θ,・・・,θ中の任意の値をθと表し、式(1)にθを代入して得られた第1の信号S1の計算値をS1と表す。 In Table 1, θ 0 , θ 1 ,..., Θ m are permutations of values of the angle θ selected with a predetermined angular interval within a range of 0 ° to less than 360 °. S1 0, S1 1, ···, S1 m , respectively, 0 theta in the formula (1), theta 1, · · ·, represents a calculated value of the first signal S1 obtained by substituting theta m ing. Here, an arbitrary value in the permutation θ 0 , θ 1 ,..., Θ m is expressed as θ n, and the calculated value of the first signal S 1 obtained by substituting θ n into Equation (1) is This is expressed as S1 n .

第2の演算回路62は、次に、表1に示したテーブルを用いて、第2の演算回路62に入力された第1の信号S1に最も近い計算値S1を検索する。具体的には、第2の演算回路62は、第1の信号S1との差の2乗が最小となる計算値S1を検索する。第2の演算回路62は、この検索によって得られた計算値S1に対応する角度θを、検出値θsの第1の候補とする。 Next, the second arithmetic circuit 62 uses the table shown in Table 1 to search for the calculated value S1 n closest to the first signal S1 input to the second arithmetic circuit 62. Specifically, the second arithmetic circuit 62 searches for a calculated value S1 n that minimizes the square of the difference from the first signal S1. The second arithmetic circuit 62 sets the angle θ n corresponding to the calculated value S1 n obtained by this search as the first candidate for the detected value θs.

角度θが0°以上360°未満の範囲内では、第1の信号S1が最大値または最小値となる場合を除いて、2つの異なるθのときに第1の信号S1は同じ値となる。そのため、上記の方法では、ほとんどの場合、第1の信号S1の1つの値に対して、検出値θsの第1の候補は2つ得られる。   When the angle θ is in the range of 0 ° or more and less than 360 °, the first signal S1 has the same value at two different θs except when the first signal S1 has a maximum value or a minimum value. Therefore, in the above method, in most cases, two first candidates of the detected value θs are obtained for one value of the first signal S1.

同様に、第2の演算回路62は、角度θと第3の信号S3の計算値との対応関係を示すテーブルを用いて、第2の演算回路62に入力された第3の信号S3に最も近い計算値S3を検索し、この検索によって得られた計算値S3に対応する角度θを、検出値θsの第2の候補とする。このときも、ほとんどの場合、第3の信号S3の1つの値に対して、検出値θsの第2の候補は2つ得られる。 Similarly, the second arithmetic circuit 62 uses the table indicating the correspondence relationship between the angle θ and the calculated value of the third signal S3 to obtain the third signal S3 input to the second arithmetic circuit 62. The nearest calculated value S3 n is searched, and the angle θ n corresponding to the calculated value S3 n obtained by this search is set as the second candidate of the detected value θs. Also in this case, in most cases, two second candidates of the detected value θs are obtained for one value of the third signal S3.

2つの第1の候補のうちの一方と、2つの第2の候補のうちの一方は、一致するか極めて近いはずである。第2の演算回路62は、一致する第1の候補と第2の候補が存在する場合には、その一致する第1および第2の候補を、補正された検出値θsとする。第2の演算回路62は、一致する第1の候補と第2の候補が存在しないが、極めて近い第1の候補と第2の候補が存在する場合には、例えば、それらのうち、計算値S1と第1の信号S1との差の2乗と、計算値S3と第3の信号S3との差の2乗のうち、小さい値となる方のS1またはS3に対応する候補を、補正された検出値θsとする。 One of the two first candidates and one of the two second candidates should match or be very close. When there is a matching first candidate and a second candidate, the second arithmetic circuit 62 sets the matching first and second candidates as the corrected detection value θs. The second arithmetic circuit 62 does not have the matching first candidate and the second candidate, but when there are the first candidate and the second candidate that are very close, for example, among them, the calculated value Of the squares of the difference between S1 n and the first signal S1 and the squares of the difference between the calculated value S3 n and the third signal S3, the candidate corresponding to the smaller value S1 n or S3 n Is the corrected detection value θs.

以上説明したように、本実施の形態に係る回転磁界センサ1では、第1の演算回路61によって、回転磁界MFの方向DMが所定範囲で回転する過程で得られる信号対の推移の態様に基づいて、補正情報(A,α)を求め、第2の演算回路62によって、第1の信号S1、第3の信号S3および補正情報(A,α)を用いて、補正された検出値θsを算出する。これにより、本実施の形態によれば、第1のMR素子と第3のMR素子に後天的に第2の磁気異方性が生じた場合でも、第2の磁気異方性に起因して検出値θsに生じる誤差を低減することが可能になる。   As described above, in the rotating magnetic field sensor 1 according to the present embodiment, the first arithmetic circuit 61 is based on the transition state of the signal pair obtained in the process in which the direction DM of the rotating magnetic field MF rotates within a predetermined range. Then, the correction information (A, α) is obtained, and the second calculation circuit 62 calculates the corrected detection value θs using the first signal S1, the third signal S3, and the correction information (A, α). calculate. As a result, according to the present embodiment, even when the second magnetic anisotropy is acquired in the first MR element and the third MR element, the second magnetic anisotropy is caused. It is possible to reduce an error that occurs in the detected value θs.

なお、本実施の形態において、第2の演算回路62は、第1の信号S1、第3の信号S3および補正情報(A,α)を用いて、補正された検出値θsを算出するようにしてもよい。図129は、第2の演算回路62の構成の一例を示すブロック図である。この例では、第2の演算回路62は、補正量演算部62Aと、補正信号演算部62B及び検出値演算部62Cを有している。 In the present embodiment, the second arithmetic circuit 62 calculates the corrected detection value θs using the first signal S1, the third signal S3, and the correction information (A, α). May be. FIG. 129 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the second arithmetic circuit 62. In this example, the second calculation circuit 62 includes a correction amount calculation unit 62A, a correction signal calculation unit 62B, and a detection value calculation unit 62C.

第2の演算回路62は、第1の信号S1と第3の信号S3と補正情報(A、α)とを入力し、第1の信号S1および第3の信号S3の等分化された1次および3次の高調波成分とする第1の補正量S1eおよび第3の補正量S3eを出力する補正量演算部62Aと、第1の信号S1と第3の信号S3と第1の補正量S1eと第3の補正量S3eとを入力し、第1の信号S1から第1の補正量S1eを減算し、第3の信号S3から第3の補正量S3eを減算するともに、減算された第1の補正信号S1nおよび第3の補正信号S3nを出力する補正信号演算部62Bと、第1の補正信号S1nおよび第3の補正信号S3nを入力し、補正された検出値θsを算出する検出値演算部62Cとを有する。以下に説明する。 The second arithmetic circuit 62 receives the first signal S1, the third signal S3, and the correction information (A, α), and equalizes the primary signals of the first signal S1 and the third signal S3. And a correction amount calculation unit 62A that outputs a first correction amount S1e and a third correction amount S3e as third-order harmonic components, a first signal S1, a third signal S3, and a first correction amount S1e. And the third correction amount S3e, the first correction amount S1e is subtracted from the first signal S1, and the third correction amount S3e is subtracted from the third signal S3. The correction signal calculation unit 62B that outputs the correction signal S1n and the third correction signal S3n, and the detection value calculation that inputs the first correction signal S1n and the third correction signal S3n and calculates the corrected detection value θs 62C. This will be described below.

本実施形態では、まず、第1の演算回路61によって求められた補正情報(A,α)と第1の信号S1と第3の信号S3が、第2の演算回路62の有する補正量演算部62Aに入力される。補正量演算部62Aは、以下に示す式(10)、(11)で示される第1の信号S1の補正量S1eと、第3の信号S3の補正量S3eを近似的に計算する。

Figure 2014035204

…(10)
Figure 2014035204

…(11) In the present embodiment, first, the correction information (A, α) obtained by the first arithmetic circuit 61, the first signal S1, and the third signal S3 are the correction amount arithmetic unit included in the second arithmetic circuit 62. 62A is input. The correction amount calculation unit 62A approximately calculates the correction amount S1e of the first signal S1 and the correction amount S3e of the third signal S3 expressed by the following equations (10) and (11).
Figure 2014035204

(10)
Figure 2014035204

... (11)

ここで、式(10)、(11)について説明する。磁気抵抗素子の自由層に、例えば、後天的に生じた磁気異方性により、第1の信号S1および第3の信号S3の波形は、式(1)と式(2)で表せ、奇数次の高調波成分を含み、図7の符号71で示される理想的な波形(正弦波形)に対して、符号72で示される波形は歪んだ波形になっている。ここで式(1)、式(2)中のAは、その値が微小とみなせる場合、第1の信号および第3の信号中のsin{2(θ―α)}をフーリエ展開した奇数次の高調波成分において、A・sin{2(θ―α)}の5次以降の高調波成分は極小になる。なお、自由層に後天的に誘導磁気異方性が発生した場合、偶数次の高調波成分は発生しないので、奇数次のみを扱えばよい。ここで、Aの範囲は概ね2°以下である。 Here, expressions (10) and (11) will be described. For example, the waveforms of the first signal S1 and the third signal S3 can be expressed by the equations (1) and (2) due to magnetic anisotropy generated in the free layer of the magnetoresistive element. In contrast to the ideal waveform (sine waveform) indicated by reference numeral 71 in FIG. 7, the waveform indicated by reference numeral 72 is a distorted waveform. Here, A in the equations (1) and (2) is an odd order obtained by Fourier expansion of sin {2 (θ−α)} in the first signal and the third signal when the value can be regarded as minute. In the higher harmonic components, the fifth and subsequent harmonic components of A · sin {2 (θ−α)} are minimized. When induced magnetic anisotropy is acquired in the free layer, even-order harmonic components are not generated, so that only odd-orders need to be handled. Here, the range of A is approximately 2 ° or less.

ここで、理想的な波形(正弦波形)と、第1の信号S1および第3の信号S3の波形との差分は、検出値の誤差を生む成分と言うことができ、第1の信号S1および第3の信号S3の補正すべき量となる。式中のAの範囲が微小とみなせる場合、この差分は等分化された1次の成分および3次の高調波成分に近似することができることが知られている。等分化とは、等しい信号振幅のことを指す。これより、補正量演算部62Aは、第1の信号S1の補正量S1eと、第3の信号S3の補正量S3eを、式(10)、式(11)を使って近似的に表現でき、複雑な演算器を用いることなく、算出することが可能となっている。 Here, the difference between the ideal waveform (sinusoidal waveform) and the waveforms of the first signal S1 and the third signal S3 can be said to be a component that generates an error in the detected value. This is the amount to be corrected of the third signal S3. It is known that when the range of A in the equation can be regarded as small, this difference can be approximated to an equalized first-order component and third-order harmonic component. Equal differentiation refers to equal signal amplitude. Thus, the correction amount calculation unit 62A can approximately express the correction amount S1e of the first signal S1 and the correction amount S3e of the third signal S3 using the equations (10) and (11). It is possible to calculate without using a complicated arithmetic unit.

以上に記載した、第1の信号S1および第3の信号S3の補正すべき量について、詳細を説明する。前記の通り、後天的に生じた磁気異方性により生じる成分は、第1および第3の信号S1,S3の式(1)および(2)と、理想的な波形(正弦波形)であるsinθおよびcosθとの差分ということができ、式(12)(13)で表すことができる。これが、第1の信号S1および第3の信号S3の補正すべき量となる。

S1e=sin[θ−Asin{2(θ−α)}]−sinθ …(12)
S3e=cos[θ−Asin{2(θ−α)}]−cosθ …(13)

この式(12)、(13)は、三角関数の加法定理より、各々式(14)、(15)に変換できる。

Figure 2014035204

…(14)
Figure 2014035204

…(15)

ここで、補正情報Aが小さい場合、式(16)および(17)の近似が成り立つ。

cos[Asin{2(θ−α)}]≒1 …(16)
sin[Asin{2(θ−α)}]≒(A・π/180)・sin{2(θ−α)}
…(17)

この式(16)、(17)を式(14)、(15)に代入し、三角関数の積和の公式より展開すると、以下の式(18)、(19)となる。
Figure 2014035204

…(18)
Figure 2014035204

…(19)
この式(18)、(19)は、第1の信号S1および第3の信号S3の補正すべき量が、A/2倍された一倍角および三倍角と等価であることを示している。つまりA値が小さい場合は、5次以降の高調波成分は極小になり、A/2倍に等分化された一次成分および、3次高調波成分に近似するとこができる。式(10)及び(11)は、上記式(18)および(19)を、三角関数の加法定理および三倍角の公式を用いて展開したものである。 The details of the amounts to be corrected of the first signal S1 and the third signal S3 described above will be described. As described above, the components caused by the magnetic anisotropy that is acquired are the equations (1) and (2) of the first and third signals S1 and S3, and sin θ that is an ideal waveform (sine waveform). And cos θ, and can be expressed by equations (12) and (13). This is the amount to be corrected of the first signal S1 and the third signal S3.

S1e = sin [θ-Asin {2 (θ−α)}] − sin θ (12)
S3e = cos [θ-Asin {2 (θ−α)}] − cos θ (13)

These equations (12) and (13) can be converted into equations (14) and (15), respectively, by the addition theorem of trigonometric functions.
Figure 2014035204

... (14)
Figure 2014035204

... (15)

Here, when the correction information A is small, approximations of equations (16) and (17) hold.

cos [Asin {2 (θ−α)}] ≈1 (16)
sin [Asin {2 (θ−α)}] ≈ (A · π / 180) · sin {2 (θ−α)}
... (17)

Substituting these formulas (16) and (17) into formulas (14) and (15) and expanding them from the product-sum formula of trigonometric functions, the following formulas (18) and (19) are obtained.
Figure 2014035204

... (18)
Figure 2014035204

... (19)
These equations (18) and (19) indicate that the amounts to be corrected of the first signal S1 and the third signal S3 are equivalent to the A / 2-folded single angle and triple angle. That is, when the A value is small, the harmonic components after the fifth order are minimized, and can be approximated to the primary component and the third harmonic component that are equally divided by A / 2 times. Expressions (10) and (11) are obtained by expanding the above expressions (18) and (19) using the trigonometric addition theorem and the triple angle formula.

なお、補正信号演算部62Aにおいて、補正情報(A、α)より、式(10)および式(11)中のcos(2α)及びsin(2α)を求める手段として、αに対する数値テーブル表を用意しておき、このテーブル表から求めてもよい。また、補正信号演算部62Aに、CORDICアルゴリズムを持った演算器を所有してもよく、この演算器を利用して、cos(2α)及びsin(2α)を求めてもよい。   In the correction signal calculation unit 62A, a numerical table for α is prepared as means for obtaining cos (2α) and sin (2α) in the equations (10) and (11) from the correction information (A, α). In addition, it may be obtained from this table. Further, the correction signal calculation unit 62A may have a calculation unit having a CORDIC algorithm, and cos (2α) and sin (2α) may be obtained using this calculation unit.

第2の演算回路62は、次に、補正信号演算部62Bにおいて、補正された第1の信号S1と補正された第3の信号S3を演算する。まず、補正信号演算部62Bに、第1の信号S1と、第3の信号S3と、第1の信号S1の補正量S1eと、第3の信号S3の補正量S3eが入力される。次に、式(20)、(21)において、第1の信号S1より補正量S1eを減算することで、補正された第1の信号S1を算出し、第3の信号S3より補正量S3eを減算することで、補正された第3の信号S3を算出する。 Next, the second calculation circuit 62 calculates the corrected first signal S1 n and the corrected third signal S3 n in the correction signal calculation unit 62B. First, the first signal S1, the third signal S3, the correction amount S1e of the first signal S1, and the correction amount S3e of the third signal S3 are input to the correction signal calculation unit 62B. Next, in Expressions (20) and (21), the corrected first signal S1 n is calculated by subtracting the correction amount S1e from the first signal S1, and the correction amount S3e is calculated from the third signal S3. Is corrected to calculate the corrected third signal S3 n .

S1=S1−S1 …(20)
S3=S3−S3 …(21)
S1 n = S1-S1 e (20)
S3 n = S3-S3 e (21)

第2の演算回路62は、次に、検出値演算部62Cにおいて、補正された第1の信号S1,補正された第3の信号S3から、下記の式(22)によって、補正された検出値θsを演算する。なお、”arctan”は、アークタンジェントを表す。 Next, the second calculation circuit 62 is corrected by the detected value calculation unit 62C from the corrected first signal S1 n and the corrected third signal S3 n by the following equation (22). The detection value θs is calculated. “Arctan” represents an arc tangent.

θs=arctan(S1/S3) …(22) θs = arctan (S1 n / S3 n ) (22)

仮に補正情報Aが1°の場合、検出値θsの誤差は±1°となるが、本実施形態で補正された検出値θsの誤差は、±0.02°以下になる。 If the correction information A is 1 °, the error of the detected value θs is ± 1 °, but the error of the detected value θs corrected in the present embodiment is ± 0.02 ° or less.

なお、角度θsが0°以上360°未満の範囲内では、式(22)におけるθsの解には、180°異なる2つの値がある。しかし、S1とS3の正負の組み合わせにより、θsの真の値が式(22)におけるθsの2つの解のいずれであるかを判別することができる。すなわち、S1が正の値のときは、θsは0°よりも大きく180゜よりも小さい。S1が負の値のときは、θsは180°よりも大きく360゜よりも小さい。S3が正の値のときは、θsは、0°以上90゜未満、および270°より大きく360°以下の範囲内である。S3が負の値のときは、θsは90°よりも大きく270゜よりも小さい。θsは、式(22)と、上記のS1とS3の正負の組み合わせの判定によって求めることができる。以上の第2の演算回路62において補正された第1の信号を算出する方法は、上記のように数式による演算処理のみで完了するため算出時間が短くなり、またテーブルなどを格納するためのメモリも不要となる。 In the range where the angle θs is not less than 0 ° and less than 360 °, the solution of θs in the equation (22) has two values different by 180 °. However, it is possible to determine which of the two solutions of θs in Equation (22) is the true value of θs by the combination of S1 n and S3 n . That is, when S1 n is a positive value, θs is larger than 0 ° and smaller than 180 °. When S1 n is a negative value, θs is greater than 180 ° and smaller than 360 °. When S3 n is a positive value, θs is in the range of 0 ° to less than 90 ° and greater than 270 ° to 360 °. When S3 n is a negative value, θs is greater than 90 ° and smaller than 270 °. θs can be obtained by the determination of the expression (22) and the positive / negative combination of S1 n and S3 n described above. The above-described method for calculating the first signal corrected in the second arithmetic circuit 62 is completed only by the arithmetic processing by the mathematical formula as described above, so that the calculation time is shortened, and a memory for storing a table or the like. Is also unnecessary.

なお、補正された第1の信号S1を使ったsin逆関数の式(23)、もしくは補正された第3の信号S3を使ったcos逆関数の式(24)を用いて、補正された検出値θsを演算してもよい。この場合、検出値θsの候補は2つ得られるが、信号S1と信号S3の正負の関係に基づいて、真の検出値θsとして特定することができる。なお、下記の式(23)の”arcsin”は、アークサインを表し、下記の式(24)の”arccos”は、アークコサインを表す。 The correction is performed using the sin inverse function equation (23) using the corrected first signal S1 n or the cos inverse function equation (24) using the corrected third signal S3 n. The detected value θs may be calculated. In this case, two candidates for the detected value θs are obtained, but can be specified as the true detected value θs based on the positive / negative relationship between the signal S1 n and the signal S3 n . Note that “arcsin” in the following equation (23) represents an arc sine, and “arccos” in the following equation (24) represents an arc cosine.

θs=arcsin(S1) …(23)
θs=arccos(S3) …(24)
θs = arcsin (S1 n ) (23)
θs = arccos (S3 n ) (24)

なお、本実施の形態において、第2の演算回路62は、第1の信号S1、もしくは、第1の信号S1および第3の信号S3から仮の検出値θoを求め、仮の検出値θoおよび補正情報(A、α)から補正値θcを求め、仮の検出値θoおよび補正値θcから検出値θsを算出するようにしてもよい。図10は、別の第2の演算回路63の構成の一例を示すブロック図である。図10に基づいて説明する。第2の演算回路63は、第1の信号S1、もしくは、第1の信号S1および第3の信号S3を入力し、仮の検出値θoを出力する検出値演算部62Aと、仮の検出値θoおよび補正情報(A、α)を入力し、仮の検出値θoを補正する補正値θcを出力する補正値演算部63Bと、補正値θcおよび仮の検出値θoを入力・加算し、加算された加算値を検出値θsとして算出する加算部63Cとを有する。以下に説明する。 In the present embodiment, the second arithmetic circuit 62 obtains a provisional detection value θo from the first signal S1, or the first signal S1 and the third signal S3, and obtains the provisional detection value θo and The correction value θc may be obtained from the correction information (A, α), and the detection value θs may be calculated from the provisional detection value θo and the correction value θc. FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of the configuration of another second arithmetic circuit 63. This will be described with reference to FIG. The second arithmetic circuit 63 receives the first signal S1, or the first signal S1 and the third signal S3, and outputs a provisional detection value θo, and a provisional detection value. A correction value calculation unit 63B that inputs θo and correction information (A, α), outputs a correction value θc for correcting the provisional detection value θo, and inputs and adds the correction value θc and the provisional detection value θo, and adds And an adding unit 63C that calculates the added value as the detected value θs. This will be described below.

第2の演算回路63が備える検出値演算部63Aは、第1の信号S1、もしくは、第1の信号S1と第3の信号S3が入力され、仮の検出値θoが算出される。ここで、仮の検出値θoは、以下の数式(25)、(26)に示されるように第1の信号S1、もしくは、第1の信号S1と第3の信号S3の逆三角関数から求められる。   The detection value calculation unit 63A included in the second calculation circuit 63 receives the first signal S1, or the first signal S1 and the third signal S3, and calculates a provisional detection value θo. Here, the provisional detection value θo is obtained from the first signal S1 or the inverse trigonometric function of the first signal S1 and the third signal S3 as shown in the following formulas (25) and (26). It is done.

θo=arcsin(S1) …(25)
θo=arctan(S1/S3) …(26)
θo = arcsin (S1) (25)
θo = arctan (S1 / S3) (26)

補正値演算部63Bは、仮の検出値θo、補正情報(A、α)が入力され、補正値θc(初期補正値θc0、初期補正値θc0+追加補正値θc1)を算出する。なお、詳細は後述する。   The correction value calculator 63B receives the provisional detection value θo and the correction information (A, α), and calculates the correction value θc (initial correction value θc0, initial correction value θc0 + additional correction value θc1). Details will be described later.

加算部63Cは、仮の検出値θoと補正値θcが加算され、検出値θsを算出する。   The adding unit 63C adds the provisional detection value θo and the correction value θc to calculate the detection value θs.

なお、仮の検出値θoが0°以上360°未満の範囲内では、(25)式、(26)式におけるθoの解には、180°異なる2つの値がある。しかし、S1とS3の正負の組合せにより、θoの真の値が式(25)におけるθoの2つの解のいずれであるかを判別することが出来る。すなわち、S1が正の値のときは、θoは0°よりも大きく180゜よりも小さい。S1が負の値のときは、θoは180°よりも大きく360゜よりも小さい。S3が正の値のときは、θoは、0°以上90゜未満、および270°より大きく360°以下の範囲内である。S3が負の値のときは、θoは90°よりも大きく270゜よりも小さい。θoは、式(26)と、上記のS1とS3の正負の組合せを判定することにより求めることが出来る。   Note that within the range where the provisional detection value θo is not less than 0 ° and less than 360 °, the solutions of θo in the equations (25) and (26) have two values different by 180 °. However, it is possible to determine which of the two solutions of θo in Equation (25) is the true value of θo by the combination of S1 and S3. That is, when S1 is a positive value, θo is larger than 0 ° and smaller than 180 °. When S1 is a negative value, θo is larger than 180 ° and smaller than 360 °. When S3 is a positive value, θo is in the range of 0 ° to less than 90 ° and greater than 270 ° to 360 °. When S3 is a negative value, θo is greater than 90 ° and smaller than 270 °. θo can be obtained by determining the expression (26) and the positive / negative combination of S1 and S3.

補正値演算部63Bにおいて、初期補正値θc0、追加補正値θc1が演算される。補正値θcは、初期補正値θc0、もしくは、初期補正値θc0と追加補正値θc1の和として出力される。ここで、追加補正値θc1は、初期補正値θc0の誤差を補正する近似項であり、追加補正値θc1単独で使用されることはない。 In the correction value calculation unit 63B, the initial correction value θc0 and the additional correction value θc1 are calculated. The correction value θc is output as the initial correction value θc0 or the sum of the initial correction value θc0 and the additional correction value θc1. Here, the additional correction value θc1 is an approximate term for correcting the error of the initial correction value θc0 and is not used alone.

検出値演算部63Aで算出される仮の検出値θoは、(25)、(26)式に示される通り、実際の第1の信号S1、第3の信号S3そのものに基づくものであり、(1)、(2)式に示される第2の磁気異方性に基づく角度変動項(A、α)を含んでいる為、正確な検出値θに角度変動項Asin2(θ−α)が減算された(27)式であらわされる。これより、正確な検出値θは、算出された仮の検出値θoに角度変動項Asin2(θ−α)を加算した(28)で求めることが出来る。 The provisional detection value θo calculated by the detection value calculation unit 63A is based on the actual first signal S1 and third signal S3 itself as shown in the equations (25) and (26). Since the angle variation term (A, α) based on the second magnetic anisotropy shown in the equations 1) and (2) is included, the angle variation term Asin2 (θ−α) is subtracted from the accurate detected value θ. (27). Accordingly, the accurate detection value θ can be obtained by adding the angle variation term Asin2 (θ−α) to the calculated provisional detection value θo (28).

θo=θ−Asin{2(θ−α)} …(27)
θ=θo−Asin{2(θ−α)} …(28)
θo = θ−Asin {2 (θ−α)} (27)
θ = θo−Asin {2 (θ−α)} (28)

(27)式の角度変動項Asin{2(θ−α)}は仮の検出値θoの誤差分に対応し、0°から360°の間で振幅A°、位相α°の2周期の正弦波となる。ここで補正情報(A、α)について考えると、αは0°から360°の全範囲を取り得るが、Aは現実的には数度程度なので、誤差の振れ幅は最大でも±数度程度となる。従って、仮の検出値θoは正確な検出値θを中心に±数度振幅の2周期の正弦波となる。 The angle variation term Asin {2 (θ−α)} in the equation (27) corresponds to the error of the provisional detection value θo, and is a sine of two cycles of amplitude A ° and phase α ° between 0 ° and 360 °. Become a wave. Considering the correction information (A, α), α can take the entire range from 0 ° to 360 °. However, since A is practically about several degrees, the error fluctuation range is about ± several degrees at the maximum. It becomes. Accordingly, the provisional detection value θo is a two-cycle sine wave with an amplitude of ± several degrees around the accurate detection value θ.

(28)式の通り、仮の検出値θoに角度変動項Asin{2(θ−α)}を加算することで正確なθを求められるが、この中には求めたい正確なθが含まれており、直接の計算は出来ない。そこで、角度変動項Asin{2(θ−α)}におけるθを仮の検出値θoで置き換えた場合を想定して、そのときの差分Δ(θ→θo)を計算すると(31)式が求められる。 As shown in the equation (28), the accurate θ can be obtained by adding the angle variation term Asin {2 (θ−α)} to the provisional detection value θo, and this includes the exact θ to be obtained. It is not possible to calculate directly. Therefore, assuming that θ in the angle variation term Asin {2 (θ−α)} is replaced with the provisional detection value θo, the difference Δ (θ → θo) at that time is calculated to obtain equation (31). It is done.

Figure 2014035204

…(29)
第1項に加法定理を適用すると、
Figure 2014035204

…(30)
となり、
Figure 2014035204

…(31)
Figure 2014035204

... (29)
Applying the additive theorem to the first term,
Figure 2014035204

... (30)
And
Figure 2014035204

... (31)

Aは現実的には数度程度なので、弧度法では微小角として扱え、(32)式の近似が成り立つ。 Since A is practically about several degrees, it can be treated as a small angle in the arc degree method, and the approximation of equation (32) holds.

Figure 2014035204
…(32)
ここでは、A[deg]= πA/180[rad]を適用している。
Figure 2014035204
... (32)
Here, A [deg] = πA / 180 [rad] is applied.

(31)式に(32)式の近似を適用すると、差分Δ(θ→θo)は(33)式に簡略化される。また、これを変形することで(34)式が求められる。   When the approximation of equation (32) is applied to equation (31), the difference Δ (θ → θo) is simplified to equation (33). Further, the equation (34) is obtained by modifying this.

Figure 2014035204

…(33)
Figure 2014035204

…(34)
Figure 2014035204

... (33)
Figure 2014035204

... (34)

ここで(28)式の角度変動項Asin2(θ−α)におけるθの代わりに仮の検出値θoを用いた場合を考え、(28)式に(13−5)式を代入することで、仮の検出値θoにAsin2(θo−α)を加算した場合に生じる誤差を第2項に含んだ(35)式が得られる。   Considering a case where a temporary detection value θo is used instead of θ in the angle variation term Asin2 (θ−α) of equation (28), and substituting equation (13-5) into equation (28), Equation (35) including an error generated in the second term when Asin2 (θo−α) is added to the provisional detection value θo is obtained.

Figure 2014035204

…(35)
Figure 2014035204

... (35)

(28)式、(35)式の第2項が正確なθとの差、すなわち誤差項になるが、その最大値はそれぞれの正弦波の振幅に対応する。例えば、(28)式ではA、(35)式ではπA/180で最大となる。 これは、(28)式の角度変動項Asin2(θ−α)におけるθの代わりに仮の検出値θoを用いた場合、誤差がAからπA/180になることを意味する。すなわち、A>πA/180が成立する範囲では、(28)式の角度変動項Asin2(θ−α)のθを仮の検出値θoで置き換えることで、誤差の低減が可能となる。 The second term of the equations (28) and (35) becomes an accurate difference from θ, that is, an error term, and the maximum value corresponds to the amplitude of each sine wave. For example, A, the maximum? Pa 2/180 in (35) in (28). This means that become? Pa 2/180 cases, the error from A using the provisional detected value θo instead of theta in (28) the angle variation term Asin2 (θ-α) of the formula. That is, in the range of A> πA 2/180 is satisfied, (28) the angle variation term Asin2 a theta of (theta-alpha) by replacing the temporary detection values .theta.o, it is possible to reduce the error.

Figure 2014035204
…(36)
Figure 2014035204
... (36)

実際のAは数度程度であり(36)の範囲内にあるので、(28)式の第2項より(35)式の第2項の方が小さい。すなわち、(28)式の角度変動項Asin2(θ−α)におけるθを仮の検出値θoで置き換えることで、補正が可能である。以上より、仮の検出値θoに加算する補正項の初期補正値θc0として角度変動項Asin2(θ−α)のθを仮の検出値θoで置き換えた、(37)式を初期補正値として定義できる。 Since the actual A is about several degrees and is within the range of (36), the second term of the equation (35) is smaller than the second term of the equation (28). That is, correction can be made by replacing θ in the angle variation term Asin2 (θ−α) of the equation (28) with the provisional detection value θo. As described above, the initial correction value θc0 of the correction term to be added to the temporary detection value θo is defined as the initial correction value by replacing θ of the angle variation term Asin2 (θ−α) with the temporary detection value θo. it can.

Figure 2014035204
…(37)
Figure 2014035204
... (37)

また、(35)式の第2項は、仮の検出値θoに(37)式を加算したθo+θc1を計算した場合の正確なθからの誤差となるので、第2項(πA/180)sin(4(θ−α))を加算することで、さらなる誤差の低減が可能である。しかしながら、この項の中にも求めたい正確なθが含まれており、直接の計算が出来ない。そこで、この項におけるθを仮の検出値θoで置き換えた場合の差分Δ1(θ→θo)を計算すると、(40)式が求められる。 Further, (35) second term of the equation, since the error from the exact θ in the case of calculating the .theta.o + .theta.c1 obtained by adding the provisional detected value .theta.o the expression (37), the second term (? Pa 2/180) By adding sin (4 (θ−α)), further error reduction is possible. However, this term also contains the exact θ that we want to find and cannot be directly calculated. Therefore, when the difference Δ1 (θ → θo) is calculated when θ in this term is replaced with the provisional detection value θo, equation (40) is obtained.

Figure 2014035204

…(38)
第1項に加法定理を適用すると、
Figure 2014035204

…(39)
となり、
Figure 2014035204

…(40)
Figure 2014035204

... (38)
Applying the additive theorem to the first term,
Figure 2014035204

... (39)
And
Figure 2014035204

... (40)

Aは現実的には数度程度なので、弧度法では微小角として扱え、(41)の近似が成り立つ。 Since A is practically about several degrees, it can be treated as a small angle in the arc degree method, and the approximation of (41) holds.

Figure 2014035204

…(41)
ここでは、A[deg]= πA/180[rad]を適用している。
Figure 2014035204

... (41)
Here, A [deg] = πA / 180 [rad] is applied.

(18−3)式に(19)の近似を適用すると、差分Δ1(θo−θ)は(42)式に簡略化される。   When the approximation of (19) is applied to the equation (18-3), the difference Δ1 (θo−θ) is simplified to the equation (42).

Figure 2014035204

…(42)
Figure 2014035204

... (42)

ここで、(35)式の第2項および(18−4)式の最大値はそれぞれの三角関数の振幅に対応する。例えば、(35)式ではπA/180、(18−4)式では(π/90)となる。すなわち、(35)式の第2項(πA/180)sin(4(θ−α))におけるθの代わりに仮の検出値θoを用いた場合、πA/180から(π/90)になることを意味する。すなわち、πA/180>(π/90)が成立する範囲では、(35)式の第2項(πA/180)sin(4(θ−α))におけるθの代わりに仮の検出値θoで置き換えて、誤差の低減が可能となる。ただし、ここでは振幅のみを比較しているので、実際の補正範囲より厳しいものとなっている。 Here, the second term of the equation (35) and the maximum value of the equation (18-4) correspond to the amplitudes of the respective trigonometric functions. For example, the? Pa 2/180, in (18-4) Formula (π / 90) 2 A 3 in (35). Namely, (35) second term of the equation (? Pa 2/180) sin the case of using a temporary detection value θo instead of theta in (4 (theta-alpha)), from πA 2/180 (π / 90 ) It means to become 2 a 3. That is, in the range where πA 2/180> (π / 90) 2 A 3 is satisfied, (35) second term of the equation (πA 2/180) sin ( 4 (θ-α)) provisionally in place of theta in It is possible to reduce the error by replacing with the detected value θo. However, since only the amplitude is compared here, it is stricter than the actual correction range.

Figure 2014035204
…(43)
Figure 2014035204
... (43)

実際のAは(43)の範囲内にあるので、(πA/180)sin(4(θ−α))のθの代わりに 仮の検出値θoに置き換えて誤差の低減が可能である。 以上より、仮の検出値θoに初期補正値θc0を加算した後に追加加算する補正項として追加補正値θc1を(21)式で定義できる。
Since the actual A is in the range of (43), it is possible to reduce the error by replacing (πA 2/180) sin ( 4 (θ-α)) of the provisional detected value θo instead of theta. As described above, the additional correction value θc1 can be defined by the equation (21) as a correction term to be added after the initial correction value θc0 is added to the provisional detection value θo.

Figure 2014035204
…(44)
Figure 2014035204
... (44)

ここで、補正値演算部62Bで算出する補正値θcは、必要な精度により以下のどちらかを適用する。 Here, either one of the following is applied to the correction value θc calculated by the correction value calculator 62B depending on the required accuracy.

θc=θc …(45)
θc=θc+θc …(46)
θc = θc 0 (45)
θc = θc 0 + θc 1 (46)

図12は補正情報(A=5°α=45°)での検出値補正例であるが、角度変動項による2周期の誤差が(45)の補正で小さな4周期誤差に、(46)の加算によるさらなる補正でほぼ見えなくなっていることがわかる。また、図13から図15は補正情報Aの値を振ったときの(45)、(46)式による実際の補正効果を比較したものであるが、Aが30°以内であれば十分に補正可能であることをあらわしている。また、検出値誤差が0.1度以下になる振幅変動値Aの最大値は、(45)式を用いた場合2.3°程度、(46)式を用いた場合5.5°程度となり、現実的なAの値で十分に有効であることをあらわしている。以上より、演算処理能力、回路実装規模、必要精度等のトレ−ドオフで、どちらの補正式を使用するか選択が可能である。   FIG. 12 shows an example of detection value correction using correction information (A = 5 ° α = 45 °). The two-cycle error due to the angle variation term is reduced to a small four-cycle error by correction of (45). It turns out that it is almost invisible by further correction by addition. FIGS. 13 to 15 compare actual correction effects according to equations (45) and (46) when the value of the correction information A is shaken. If A is within 30 °, the correction is sufficiently performed. It shows that it is possible. In addition, the maximum value of the amplitude fluctuation value A at which the detected value error is 0.1 degrees or less is about 2.3 ° when the equation (45) is used, and is about 5.5 ° when the equation (46) is used. This means that a practical value of A is sufficiently effective. From the above, it is possible to select which correction formula is used in a trade-off such as arithmetic processing capability, circuit mounting scale, and required accuracy.

(37)式、(44)式は、三角関数の性質、定理などを用いて変形したものを使用しても同様の結果となる。例えば(37)式は2倍角の公式を利用して変形すると、以下となる。   Expressions (37) and (44) give similar results even if they are modified using the properties of trigonometric functions, theorems, and the like. For example, equation (37) is transformed as follows using a double-square formula.

Figure 2014035204
…(47)
Figure 2014035204
... (47)

第2の演算回路の別構成として、図11の演算回路64を使用することも可能である。演算回路64は、検出演算部64Aと、補正値演算部64Bと、加算部64Cで構成され、第1の信号S1、第3の信号S3および補正情報(A,α)を用いて、検出値θsを算出する。なお、図9と異なるのは、第3の信号S3が補正値演算部64Bに入力される点である。以下に説明する。   As another configuration of the second arithmetic circuit, the arithmetic circuit 64 in FIG. 11 can be used. The calculation circuit 64 includes a detection calculation unit 64A, a correction value calculation unit 64B, and an addition unit 64C, and uses the first signal S1, the third signal S3, and the correction information (A, α) to detect the detected value. θs is calculated. The difference from FIG. 9 is that the third signal S3 is input to the correction value calculator 64B. This will be described below.

(1)、(2)式を仮の検出角θoであらわすと、(48)式、(49)式となる。   When the expressions (1) and (2) are expressed by the provisional detection angle θo, the expressions (48) and (49) are obtained.

S1=sinθo …(48)
S3=cosθo …(49)
S1 = sin θo (48)
S3 = cos θo (49)

ここで、(37)式、(44)式の三角関数部分に2倍角の公式を適用すると、(50)ないし(52)式となる。

Figure 2014035204

…(50)
Figure 2014035204

…(51)
Figure 2014035204

…(52) Here, when a double angle formula is applied to the trigonometric function part of the equations (37) and (44), equations (50) to (52) are obtained.
Figure 2014035204

... (50)
Figure 2014035204

... (51)
Figure 2014035204

... (52)

(37)式に(50)式を適用すると、初期補正値θc0はS1、S3および補正情報(A、α)を用い、(53)式であらわされる。 When equation (50) is applied to equation (37), initial correction value θc0 is expressed by equation (53) using S1, S3 and correction information (A, α).

Figure 2014035204

…(53)
Figure 2014035204

... (53)

また、(53)式に(51)、(52)式を適用すると、追加補正値θc1はS1、S3、補正情報(A、α)および初期補正値θc0を用い、(57)式であらわされる。 Further, when the formulas (51) and (52) are applied to the formula (53), the additional correction value θc1 is expressed by the formula (57) using S1 and S3, the correction information (A, α), and the initial correction value θc0. .

Figure 2014035204

…(54)
ここで、
Figure 2014035204

…(55)
と変形し、初期補正値θc0で置き換えると、
Figure 2014035204

…(56)
(51)式を適用すると、
Figure 2014035204

…(57)
Figure 2014035204

... (54)
here,
Figure 2014035204

... (55)
And is replaced by the initial correction value θc0,
Figure 2014035204

... (56)
Applying equation (51),
Figure 2014035204

... (57)

(53)式、(57)式では、補正情報取得後のsin2α、cos2αの計算以外は、三角関数演算をすることなく、信号値S1、S2等を使用した四則演算で補正値θcを算出することが可能となっている。また、この場合の補正効果は、(37)式、(44)式を使用したときと同等である。   In the equations (53) and (57), the correction value θc is calculated by the four arithmetic operations using the signal values S1, S2, etc. without performing the trigonometric function operation except for the calculation of sin2α and cos2α after the correction information is acquired. It is possible. Further, the correction effect in this case is equivalent to that obtained when the equations (37) and (44) are used.

従って、初期補正値θc0の算出に(37)式もしくは(53)式、追加補正値θc1の算出に(44)もしくは(57)式の使用が可能であり、演算処理能力、回路実装規模、必要精度等のトレ−ドオフで選択する。従って、補正値θcとして、(37)式と(57)式の和、(44)式と(53)式の和を使用することも可能である。 Accordingly, the equation (37) or (53) can be used to calculate the initial correction value θc0, and the equation (44) or (57) can be used to calculate the additional correction value θc1, and the processing capacity, circuit implementation scale, and necessary Select by trade-off such as accuracy. Therefore, as the correction value θc, the sum of the expressions (37) and (57) and the sum of the expressions (44) and (53) can be used.

また、S1、S3は引数の等しい正弦、余弦なので、(58)式が成立する。 Since S1 and S3 are sine and cosine having the same arguments, equation (58) is established.

S1+S3=1 …(58) S1 2 + S3 2 = 1 (58)

従って、初期補正値θc0および追加補正値θc1は(53)式、(57)式になるとは限らない。例えば(53)式は(58)式を用いて(59)式に置き換えることが出来るが、補正効果は(53)式と同等である。   Therefore, the initial correction value θc0 and the additional correction value θc1 are not always the expressions (53) and (57). For example, equation (53) can be replaced with equation (59) using equation (58), but the correction effect is equivalent to equation (53).

Figure 2014035204

…(59)
Figure 2014035204

… (59)

また、本実施の形態において、第2の検出回路20は、第3の検出回路30と同様に、回転磁界MFの第2の方向D2の成分を検出するように構成されていてもよい。この場合、信号取得部61Aによって取得される信号対の推移(リサージュ曲線)は、円形に近いものとなる。この場合も、原則として、(A,α)が異なれば、信号対の推移の態様(リサージュ曲線の形状)が異なる。   In the present embodiment, the second detection circuit 20 may be configured to detect a component in the second direction D2 of the rotating magnetic field MF, similarly to the third detection circuit 30. In this case, the transition (Lissajous curve) of the signal pair acquired by the signal acquisition unit 61A is close to a circle. In this case as well, in principle, if (A, α) is different, the transition mode of the signal pair (the shape of the Lissajous curve) is different.

また、本実施の形態において、第1および第2の検出回路10,20が回転磁界MFの第2の方向D2の成分を検出するように構成され、第3の検出回路30が回転磁界MFの第1の方向D1の成分を検出するように構成されていてもよい。この場合、信号取得部61Aによって取得される信号対の推移(リサージュ曲線)は、本実施の形態において既に説明した信号対の推移(リサージュ曲線)に似たものとなる。   In the present embodiment, the first and second detection circuits 10 and 20 are configured to detect the component of the rotating magnetic field MF in the second direction D2, and the third detecting circuit 30 is configured to detect the rotating magnetic field MF. You may be comprised so that the component of the 1st direction D1 may be detected. In this case, the transition (Lissajous curve) of the signal pair acquired by the signal acquisition unit 61A is similar to the transition (Lissajous curve) of the signal pair already described in the present embodiment.

また、本実施の形態において、高い測定精度が必要な場合には、第1および第2の信号S1,S2を規格化する処理を行って、規格化後の信号S1,S2を第1の演算回路61に入力させてもよい。この規格化の処理は、規格化後の信号S1,S2の最大値同士、最小値同士がそれぞれ等しくなるように、線形演算によって、規格化前の信号S1,S2を規格化後の信号S1,S2に変換する処理である。   In the present embodiment, when high measurement accuracy is required, the first and second signals S1 and S2 are normalized, and the normalized signals S1 and S2 are subjected to the first calculation. You may make it input to the circuit 61. FIG. In this normalization process, the signals S1 and S2 before normalization are converted into signals S1 and S1 after normalization by linear calculation so that the maximum values and the minimum values of the signals S1 and S2 after normalization are equal to each other. This is a process of converting to S2.

また、回転磁界センサ1は、補正情報(A,α)を求めるために回転磁界MFの方向DMが回転する必要のある所定範囲(例えば360°)よりも小さい角度範囲内の角度を検出する用途に使用される場合もある。この場合には、回転磁界MFの方向DMを所定範囲以上回転させて補正情報(A,α)を求めた後、実際の角度の検出を行うようにすればよい。   The rotating magnetic field sensor 1 is used for detecting an angle within an angle range smaller than a predetermined range (for example, 360 °) in which the direction DM of the rotating magnetic field MF needs to rotate in order to obtain the correction information (A, α). It may be used for In this case, the actual angle may be detected after the correction information (A, α) is obtained by rotating the direction DM of the rotating magnetic field MF by a predetermined range or more.

また、本実施の形態において、第3の検出回路30の代わりに、基準位置PRにおける回転磁界MFの、第2の方向D2の成分の正負の判別のみを行う判別回路を設けてもよい。この判別回路は、例えば、第2の方向D2に感度を有する磁気検出素子と、この磁気検出素子の検出出力を、所定のしきい値を用いて2値化する回路とによって実現することができる。第2の方向D2に感度を有する磁気検出素子としては、例えば、磁化固定層の磁化の方向が第2の方向D2に平行な方向に設定されたTMR素子またはGMR素子や、第2の方向D2に感度を有するように設定されたホール素子を用いることができる。この場合、第2の演算回路62は、前述の検索によって得られた計算値S1に対応する検出値θsの第1の候補と、判別回路によって得られる正負の判別結果とに基づいて、検出値θsを決定する。前述のように、ほとんどの場合、第1の信号S1の1つの値に対して、検出値θsの第1の候補は2つ得られる。この2つの候補の一方が0゜よりも大きく90°よりも小さいときには、2つの候補の他方は90゜よりも大きく180°よりも小さい。また、2つの候補の一方が180゜よりも大きく270°よりも小さいときには、2つの候補の他方は270゜よりも大きく360°よりも小さい。一方、角度θが0°以上90゜未満、および270°よりも大きく360°以下の範囲内のときは、第2の方向D2の成分は正の値であり、θsが90°よりも大きく270゜よりも小さいときには、第2の方向D2の成分は負の値である。従って、上記判別回路の判別結果を用いれば、検出値θsの2つの第1の候補のうちの一方を、真の検出値θsとして特定することができる。 In the present embodiment, instead of the third detection circuit 30, a determination circuit that performs only positive / negative determination of the component in the second direction D2 of the rotating magnetic field MF at the reference position PR may be provided. This discrimination circuit can be realized by, for example, a magnetic detection element having sensitivity in the second direction D2 and a circuit that binarizes the detection output of the magnetic detection element using a predetermined threshold value. . As the magnetic detection element having sensitivity in the second direction D2, for example, a TMR element or GMR element in which the magnetization direction of the magnetization fixed layer is set in a direction parallel to the second direction D2, or the second direction D2 It is possible to use a Hall element set so as to have sensitivity. In this case, the second arithmetic circuit 62 detects based on the first candidate of the detected value θs corresponding to the calculated value S1 n obtained by the above-described search and the positive / negative discrimination result obtained by the discrimination circuit. The value θs is determined. As described above, in most cases, two first candidates of the detected value θs are obtained for one value of the first signal S1. When one of the two candidates is greater than 0 ° and less than 90 °, the other of the two candidates is greater than 90 ° and less than 180 °. Also, when one of the two candidates is greater than 180 ° and less than 270 °, the other of the two candidates is greater than 270 ° and less than 360 °. On the other hand, when the angle θ is 0 ° or more and less than 90 ° and within a range greater than 270 ° and 360 ° or less, the component in the second direction D2 is a positive value, and θs is greater than 90 ° and 270. When it is smaller than °, the component in the second direction D2 is a negative value. Therefore, using the discrimination result of the discrimination circuit, one of the two first candidates of the detection value θs can be specified as the true detection value θs.

また、回転磁界センサ1が、角度θが90°以上270゜以下の範囲内あるいは0°以上90゜以下および270°以上360゜未満の範囲内となる用途に使用される場合には、第3の検出回路30はなくてもよい。すなわち、この場合には、検出値θsの第1の候補は1つしか得られないので、この候補を検出値θsとすることができる。   When the rotating magnetic field sensor 1 is used for an application in which the angle θ is in the range of 90 ° to 270 ° or in the range of 0 ° to 90 ° and 270 ° to less than 360 °, the third The detection circuit 30 may be omitted. That is, in this case, since only one first candidate for the detected value θs is obtained, this candidate can be used as the detected value θs.

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明における磁気検出素子としては、スピンバルブ型のMR素子(GMR素子、TMR素子)に限らず、何らかの形で磁気異方性を持ち得るものであればよい。例えば、磁気検出素子としては、AMR(異方性磁気抵抗効果)素子を用いてもよい。また、第1および第3の磁気異方性は、形状磁気異方性に限らず、結晶磁気異方性や、応力磁気異方性によって設定されてもよい。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various change is possible. For example, the magnetic detection element in the present invention is not limited to a spin valve type MR element (GMR element, TMR element), and may be any element that can have magnetic anisotropy in some form. For example, an AMR (anisotropic magnetoresistive effect) element may be used as the magnetic detection element. The first and third magnetic anisotropies are not limited to shape magnetic anisotropy, and may be set by crystal magnetic anisotropy or stress magnetic anisotropy.

また、本発明は、上記実施の形態、つまり、回転磁界センサと円柱状の磁石が平行に配置される場合のみに適用されるものではなく、回転磁界センサが磁石に対して傾いた場合であっても適用できる。この場合、基準平面も回転磁界センサの傾きに応じて傾き、基準方向、基準位置も回転磁界センサの傾きに応じて傾く。つまり、回転磁界センサと基準平面と基準方向と基準位置は一体とすることが可能である。また、例えば、リニアセンサのようなNS磁石を直線上に複数個配置し、NS磁石の配置方向と平行に回転センサが移動する場合であっても、本発明は適用可能である。この場合、回転磁界センサの直線移動量に応じて、回転磁界センサの回転角が変化することになる。例えば、NS磁石の配置方向と回転磁界センサを形成する膜の積層方向を直交とし、回転磁界センサの移動方向が回転磁界センサと一体となった基準平面内に含まれるように、回転磁界センサを配置すれば、NS磁石の発生する磁界に応じて磁気抵抗素子の自由層が回転することとなる。従って、回転磁界センサの回転角と回転磁界センサの直線移動量が対応することになる。このように本発明は、回転体の角度検出に限るものではなく、様々な相対移動量に基づく磁界検出を行う回転磁界センサに適用可能である。 Further, the present invention is not applied only to the above embodiment, that is, the case where the rotating magnetic field sensor and the columnar magnet are arranged in parallel, but the case where the rotating magnetic field sensor is inclined with respect to the magnet. Even applicable. In this case, the reference plane is also inclined according to the inclination of the rotating magnetic field sensor, and the reference direction and the reference position are also inclined according to the inclination of the rotating magnetic field sensor. That is, the rotating magnetic field sensor, the reference plane, the reference direction, and the reference position can be integrated. Further, for example, the present invention can be applied even when a plurality of NS magnets such as linear sensors are arranged on a straight line and the rotation sensor moves in parallel with the NS magnet arrangement direction. In this case, the rotation angle of the rotating magnetic field sensor changes according to the linear movement amount of the rotating magnetic field sensor. For example, the rotating magnetic field sensor is arranged so that the NS magnet arrangement direction is perpendicular to the lamination direction of the film forming the rotating magnetic field sensor and the moving direction of the rotating magnetic field sensor is included in the reference plane integrated with the rotating magnetic field sensor. If it arrange | positions, the free layer of a magnetoresistive element will rotate according to the magnetic field which NS magnet generate | occur | produces. Therefore, the rotation angle of the rotating magnetic field sensor corresponds to the linear movement amount of the rotating magnetic field sensor. Thus, the present invention is not limited to angle detection of a rotating body, but can be applied to a rotating magnetic field sensor that performs magnetic field detection based on various amounts of relative movement.

1…回転磁界センサ、10…第1の検出回路、20…第2の検出回路、30…第3の検出回路、14,24,34…ホイートストンブリッジ回路、61…第1の演算回路、61A…信号取得部、61B…補正情報演算部、61C…設定値、62…第2の演算回路、62A…補正量演算部、62B…補正信号演算部、62C…検出値演算部、63…第2の演算回路、63A…検出値演算部、63B…補正値演算部、63C…加算部、64…第2の演算回路、64A…検出値演算部、64B…補正値演算部、64C…加算部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary magnetic field sensor, 10 ... 1st detection circuit, 20 ... 2nd detection circuit, 30 ... 3rd detection circuit, 14, 24, 34 ... Wheatstone bridge circuit, 61 ... 1st arithmetic circuit, 61A ... Signal acquisition unit, 61B ... correction information calculation unit, 61C ... set value, 62 ... second calculation circuit, 62A ... correction amount calculation unit, 62B ... correction signal calculation unit, 62C ... detection value calculation unit, 63 ... second Arithmetic circuit, 63A ... detected value calculating unit, 63B ... correction value calculating unit, 63C ... adding unit, 64 ... second calculating circuit, 64A ... detected value calculating unit, 64B ... correction value calculating unit, 64C ... adding unit.

Claims (11)

基準位置における回転磁界の方向が基準方向に対してなす角度と対応関係を有する検出値を生成する回転磁界センサであって、前記基準位置における前記回転磁界の方向は、前記回転磁界センサから見て回転するものであり、
第1の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第1の信号を生成する第1の検出回路と、
第2の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第2の信号を生成する第2の検出回路と、
第1の演算回路と、
第2の演算回路と
を備え、
前記第1の信号と前記第2の信号における第1の磁気異方性に起因する変動の態様が互いに異なるように、前記第1および前記第2の磁気検出素子の少なくとも一方に前記第1の磁気異方性が設定され、
前記第1の演算回路は、前記第1の磁気検出素子に生じた第2の磁気異方性に起因して前記検出値に生じる誤差を補正するための補正情報を求めるものであって、前記第1の信号および前記第2の信号のうちの一方の異なる2つの信号に基づいて、前記補正情報を求め、
前記第2の演算回路は、前記第1の信号および前記補正情報を用いて、補正された前記検出値を算出することを特徴とする回転磁界センサ。
A rotating field sensor that generates a detection value having a correspondence relationship with an angle formed by a direction of a rotating magnetic field at a reference position with respect to the reference direction, wherein the direction of the rotating magnetic field at the reference position is viewed from the rotating field sensor. Is rotating,
A first detection circuit that includes a first magnetic detection element and generates a first signal having a correspondence relationship with an angle formed by a direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction;
A second detection circuit that includes a second magnetic detection element and generates a second signal having a correspondence relationship with an angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction;
A first arithmetic circuit;
A second arithmetic circuit,
At least one of the first and second magnetic detection elements is arranged so that the first signal anisotropy and the second signal have different variations caused by the first magnetic anisotropy. Magnetic anisotropy is set,
The first arithmetic circuit obtains correction information for correcting an error generated in the detection value due to second magnetic anisotropy generated in the first magnetic detection element, Obtaining the correction information based on two different signals of one of the first signal and the second signal;
The rotating magnetic field sensor, wherein the second arithmetic circuit calculates the corrected detection value using the first signal and the correction information.
前記回転磁界センサは、さらに、少なくとも1以上の三角関数の値と前記三角関数の値の逆関数で求められる異なる2つの角度と前記第1および第2の磁気検出素子の少なくとも一方に設定された前記第1の磁気異方性に基づく角度変動項とを出力する設定部を有し、
前記第1の演算回路は、前記第1および第2の信号と前記三角関数の値とを入力し、前記第1および第2の信号のうち一方の信号が前記三角関数の値と等しい時に得られる異なる2つの前記他方の信号を出力する信号取得部と、前記異なる2つの他方の信号と前記異なる2つの角度と前記角度変動項とを入力し、前記補正情報を求める補正情報演算部とを有することを特徴とする請求項1記載の回転磁界センサ。
The rotating magnetic field sensor is further set to at least one of two different angles obtained by at least one trigonometric function value and an inverse function of the trigonometric function value and the first and second magnetic sensing elements. A setting unit that outputs an angular variation term based on the first magnetic anisotropy;
The first arithmetic circuit receives the first and second signals and the value of the trigonometric function, and is obtained when one of the first and second signals is equal to the value of the trigonometric function. A signal acquisition unit that outputs the other two different signals, a correction information calculation unit that inputs the two different other signals, the two different angles, and the angle variation term, and obtains the correction information. The rotating magnetic field sensor according to claim 1, comprising:
前記第1の信号と前記第2の信号とが等しい値となる点を結んだ第1の直線に対する垂線の長さの方向が異なる、連続する前記第1の信号および前記第2の信号のうち一方を引数とする2つの前記他方の信号のそれぞれの前記垂線の長さが最大となる前記一方の信号の第1の最大値および第2の最大値をSmax1、Smax2(但し、Smax1>Smax2)とした場合に、前記一方の信号のとりうる値の範囲はSmax2以上Smax1以下とする請求項1ないし2のいずれかに記載の回転磁界センサ。 Of the continuous first signal and second signal, the first signal and the second signal are different from each other in the direction of the length of the perpendicular to the first straight line connecting the points where the first signal and the second signal have the same value. Smax1 and Smax2 (where Smax1> Smax2) are set as the first maximum value and the second maximum value of the one signal that maximizes the length of the perpendicular of each of the two other signals having one as an argument. The rotating magnetic field sensor according to claim 1, wherein a range of values that can be taken by the one signal is Smax2 or more and Smax1 or less. 前記少なくとも1以上の三角関数の値をひとつとする請求項2または3のいずれかに記載の回転磁界センサ。 The rotating field sensor according to claim 2, wherein the value of the at least one trigonometric function is one. 前記第1の信号および前記第2の信号が正弦波状出力または、余弦波状出力を出力することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の回転磁界センサ。 5. The rotating field sensor according to claim 1, wherein the first signal and the second signal output a sine wave output or a cosine wave output. 6. 前記第1の磁気異方性は、前記第1および第2の磁気検出素子のうちの少なくとも第2の磁気検出素子に設定されていることを特徴とする請求項1ないし5記載の回転磁界センサ。   6. The rotating field sensor according to claim 1, wherein the first magnetic anisotropy is set in at least a second magnetic detection element of the first and second magnetic detection elements. . 前記第2の磁気検出素子は、前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁性層を含み、
前記第1の磁気異方性は、前記磁性層の形状磁気異方性によって設定されていることを特徴とする請求項6記載の回転磁界センサ。
The second magnetic detection element includes a magnetic layer whose direction of magnetization changes according to the direction of the rotating magnetic field,
The rotating magnetic field sensor according to claim 6, wherein the first magnetic anisotropy is set by a shape magnetic anisotropy of the magnetic layer.
前記第2の磁気検出素子は、磁化方向が固定された磁化固定層と、前記回転磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する自由層と、前記磁化固定層と自由層の間に配置された非磁性層とを有し、
前記第1の磁気異方性は、前記自由層の形状磁気異方性によって設定されていることを特徴とする請求項6記載の回転磁界センサ。
The second magnetic detection element is disposed between a magnetization fixed layer whose magnetization direction is fixed, a free layer whose magnetization direction changes according to the direction of the rotating magnetic field, and the magnetization fixed layer and the free layer. A non-magnetic layer,
The rotating magnetic field sensor according to claim 6, wherein the first magnetic anisotropy is set by a shape magnetic anisotropy of the free layer.
前記自由層の磁化容易軸方向は、前記磁化固定層の磁化方向に対して平行ではなく且つ直交していないことを特徴とする請求項8記載の回転磁界センサ。   9. The rotating field sensor according to claim 8, wherein the easy axis direction of magnetization of the free layer is not parallel to or orthogonal to the magnetization direction of the magnetization fixed layer. 前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度をθとし、前記補正情報をAおよびαとしたとき、前記第1の信号は、θ−Asin{2(θ−α)}を変数とした三角関数で表されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の回転磁界センサ。   When the angle formed by the direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction is θ and the correction information is A and α, the first signal is θ−Asin {2 (θ−α). The rotating magnetic field sensor according to claim 1, wherein the rotating magnetic field sensor is represented by a trigonometric function having a variable as a variable. 回転磁界センサは、更に、第3の検出回路を備え、
前記第3の検出回路は、第3の磁気検出素子を含み、前記基準位置における前記回転磁界の方向が前記基準方向に対してなす角度と対応関係を有する第3の信号を生成し、
第3の信号の位相は、前記第1の信号の位相と異なり、
前記第2の演算回路は、前記第1の信号および前記補正情報に加えて前記第3の信号を用いて、前記補正された検出値を算出することを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の回転磁界センサ。

The rotating magnetic field sensor further includes a third detection circuit,
The third detection circuit includes a third magnetic detection element, and generates a third signal having a correspondence relationship with an angle formed by a direction of the rotating magnetic field at the reference position with respect to the reference direction,
The phase of the third signal is different from the phase of the first signal,
11. The second arithmetic circuit calculates the corrected detection value using the third signal in addition to the first signal and the correction information. A rotating magnetic field sensor according to claim 1.

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