JP2021516333A - 磁場角度センサに関する角度誤差を低減するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[0018]第1のブリッジ構造は、第1の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第1の複数の磁気抵抗素子と、第2の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第2の複数の磁気抵抗素子とを含むことができ、第2のブリッジ構造は、第3の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第3の複数の磁気抵抗素子と、第4の軸に沿った磁場を検知するように向けられる第4の複数の磁気抵抗素子とを含むことができる。
[0023]その方法は、第1の正弦波信号、第1の余弦波信号、第2の正弦波信号、及び第2の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算することを含むことができる。いくつかの実施形態において、磁場の方向を計算することは、第1の正弦波信号及び第1の余弦波信号の第1の逆正接を求めることと、第2の正弦波信号及び第2の余弦波信号の第2の逆正接を求めることとを含む。
[0027]第1の正弦波信号を生成することは、第1のブリッジ構造の第1の複数の磁気抵抗素子を用いて第1の軸に沿った磁場を検知することを含み、第1の余弦波信号を生成することは、第1のブリッジ構造の第2の複数の磁気抵抗素子によって第2の軸に沿った磁場を検知することを含む。第2の複数の磁気抵抗素子は、第1の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めすることができる。
[0031]磁場角度センサは、第1の生成手段及び第2の生成手段を支持するための手段を更に含むことができる。磁場角度センサは、第1の正弦波信号、第1の余弦波信号、第2の正弦波信号、及び第2の余弦波信号に応答して、磁場の方向を計算するための手段を含むことができる。計算する手段は、第1の正弦波信号及び第1の余弦波信号の第1の逆正接と、第2の正弦波信号及び第2の余弦波信号の第2の逆正接とを求めるための手段を含むことができる。
[0035]第1の生成手段は、第1の軸に沿った磁場を検知する第1の複数の磁気抵抗素子と、第2の軸に沿った磁場を検知する第2の複数の磁気抵抗素子とを備える第1のブリッジ構造を含み、第2の生成手段は、第3の軸に沿った磁場を検知する第3の複数の磁気抵抗素子と、第4の軸に沿った磁場を検知する第4の複数の磁気抵抗素子とを備える第2のブリッジ構造を含むことができる。
[0050]知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、例えば、巨大磁気抵抗(GMR)素子、異方性磁気抵抗(AMR)素子、及び磁気トンネル接合(MTJ)素子とも呼ばれるトンネル磁気抵抗(TMR)素子がある。
[0072]磁場検知素子175の層の厚さの例がナノメートル単位で示される。従来の先行技術のGMR素子の層の材料の例が原子記号によって示される。
[0075]反強磁性ピンニング層178に関して、反強磁性ピンニング層178内のサブ層(すなわち、層部分)は、右矢印及び左矢印によって示される交互の異なる方向を指し示す磁場を有する傾向があり、結果として、反強磁性ピンニング層は0の正味の磁場を有する。反強磁性ピンニング層178の上面は、1つの方向を指し示す磁気モーメントを有する傾向があり、ここでは左を指し示す。
[0103]第2の余弦ブリッジモジュール406の出力が第2の逆正接モジュール412の第1の入力に結合され、第2の正弦ブリッジモジュール408の出力が第2の逆正接モジュール412の第2の入力に結合される。一実施形態において、第2の余弦ブリッジモジュール404の出力は第2の余弦波信号とすることができ、第2の正弦ブリッジモジュール404の出力は第2の正弦波信号とすることができる。第2の逆正接モジュール412は、第2の正弦波信号及び第2の余弦波信号に基づいて、第2の逆正接値を計算することができる。
[0113]第2の余弦ブリッジモジュール506の出力が第2の逆正接モジュール522の第1の入力に結合され、第2の正弦ブリッジモジュール508の出力が第2の逆正接モジュール522の第2の入力に結合される。一実施形態において、第2の余弦ブリッジモジュール506の出力は第2の余弦波信号とすることができ、第2の正弦ブリッジモジュール508の出力は第2の正弦波信号とすることができる。第2の逆正接モジュール522は、第2の正弦波信号及び第2の余弦波信号に基づいて、第2の逆正接値を計算することができる。
[0118]第3の余弦ブリッジモジュール510の出力が第3の逆正接モジュール524の第1の入力に結合され、第3の正弦ブリッジモジュール512の出力が第3の逆正接モジュール524の第2の入力に結合される。一実施形態において、第3の余弦ブリッジモジュール510の出力は第3の余弦波信号とすることができ、第3の正弦ブリッジモジュール512の出力は第3の正弦波信号とすることができる。第3の逆正接モジュール524は、第3の正弦波信号及び第3の余弦波信号に基づいて、第3の逆正接値を計算することができる。
[0123]第4の余弦ブリッジモジュール514の出力が第4の逆正接モジュール526の第1の入力に結合され、第4の正弦ブリッジモジュール516の出力が第4の逆正接モジュール526の第2の入力に結合される。一実施形態において、第4の余弦ブリッジモジュール514の出力は第4の余弦波信号とすることができ、第4の正弦ブリッジモジュール516の出力は第4の正弦波信号とすることができる。第4の逆正接モジュール526は、第4の正弦波信号及び第4の余弦波信号に基づいて、第4の逆正接値を計算することができる。
[0128]加算モジュール550は、第1の逆正接値、並びに第1、第2及び第3の差分値を受信し、第1の逆正接値、並びに第1、第2及び第3の差分値の平均値を計算することができる。一実施形態において、平均値は磁場の方向に対応することができる。したがって、加算モジュール550の出力は、磁場の方向を示す出力信号552である。
[0143]いくつかの実施形態において、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを変更することができるか、又は基準層の所定のピンニングファクタを有する基準層を形成することができる。例えば、それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタを高めることによって、角度センサに関する絶対角度誤差を低減することができる。それぞれの角度センサの基準層のピンニングファクタが高められるのに応じて、絶対角度誤差を相応に低減することができる(図3を参照)。ピンニングファクタはキロエルステッド単位(kOe)において測定することができる。
[0160]求められた平均値(φM)は、磁場の方向に対応することができ、それぞれの平均値(φM)を生成するために使用されたブリッジ構造の数に対応する低減された角度誤差パーセンテージを含むことができる。
Claims (33)
- 磁場の方向を検出する磁場角度センサであって、
第1の軸に沿った前記磁場を示す第1の正弦波信号と、前記第1の軸に対して直交する第2の軸に沿った前記磁場を示す第1の余弦波信号とを生成するように構成される第1のブリッジ構造と、
第3の軸に沿った前記磁場を示す第2の正弦波信号と、前記第3の軸に対して直交する第4の軸に沿った前記磁場を示す第2の余弦波信号とを生成するように構成される第2のブリッジ構造とを備え、前記第1の軸と前記第3の軸との間の角度は90度の約数(factor)である、磁場角度センサ。 - 前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は約45度である、請求項1に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1のブリッジ構造及び前記第2のブリッジ構造を支持する基板を更に備える、請求項1に記載の磁場角度センサ。
- 前記磁場の前記方向を示す出力信号を計算するために、前記第1の正弦波信号、前記第1の余弦波信号、前記第2の正弦波信号、及び前記第2の余弦波信号に応答する回路を更に備える、請求項1に記載の磁場角度センサ。
- 前記回路は、前記第1の正弦波信号及び前記第1の余弦波信号の第1の逆正接を計算し、前記第2の正弦波信号及び前記第2の余弦波信号の第2の逆正接を計算する逆正接プロセッサを備える、請求項4に記載の磁場角度センサ。
- 前記回路は、前記第2の逆正接から、前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度を減算して、第3の逆正接を生成するように構成される差分素子を更に備える、請求項5に記載の磁場角度センサ。
- 前記回路は、前記磁場の前記方向を示す前記出力信号を与えるために、前記第1の逆正接及び前記第3の逆正接の平均値を計算するように構成される加算素子を更に備える、請求項6に記載の磁場角度センサ。
- 第5の軸に沿った前記磁場を示す第3の正弦波信号と、前記第5の軸に対して直交する第6の軸に沿った前記磁場を示す第3の余弦波信号とを生成するように構成される第3のブリッジ構造と、
第7の軸に沿った前記磁場を示す第4の正弦波信号と、前記第7の軸に対して直交する第8の軸に沿った前記磁場を示す第4の余弦波信号とを生成するように構成される第4のブリッジ構造とを更に備え、
前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は第1の角度を与え、前記第5の軸と前記第1の軸との間の第2の角度は90度の約数であり、前記第7の軸と前記第1の軸との間の第3の角度は90度の約数であり、前記第1の角度、前記第2の角度、及び前記第3の角度は異なる角度である、請求項1に記載の磁場角度センサ。 - 前記第1の角度は約45度であり、前記第2の角度は約22.5度であり、前記第3の角度は約67.5度である、請求項8に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1のブリッジ構造は、前記第1の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第1の複数の磁気抵抗素子及び前記第2の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第2の複数の磁気抵抗素子を備え、前記第2のブリッジ構造は、前記第3の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第3の複数の磁気抵抗素子及び前記第4の軸に沿った前記磁場を検知するように向けられる第4の複数の磁気抵抗素子を備える、請求項1に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の複数の磁気抵抗素子、前記第2の複数の磁気抵抗素子、前記第3の複数の磁気抵抗素子、及び前記第4の複数の磁気抵抗素子は、巨大磁気抵抗(GMR)素子、異方性磁気抵抗(AMR)素子、トンネル磁気抵抗(TMR)素子、又は磁気トンネル接合(MTJ)素子のうちの1つ以上を含む、請求項10に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の複数の磁気抵抗素子、前記第2の複数の磁気抵抗素子、前記第3の複数の磁気抵抗素子、及び前記第4の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項10に記載の磁場角度センサ。
- 磁場の方向を検出するための方法であって、前記方法は、
第1の軸に沿った前記磁場を示す第1の正弦波信号と、前記第1の軸に対して直交する第2の軸に沿った前記磁場を示す第1の余弦波信号とを生成するステップと、
第3の軸に沿った前記磁場を示す第2の正弦波信号と、前記第3の軸に対して直交する第4の軸に沿った前記磁場を第2の余弦波信号とを生成するステップとを含み、前記第1の軸と前記第3の軸との間の角度は90度の約数である、方法。 - 前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は約45度である、請求項13に記載の方法。
- 前記第1の正弦波信号、前記第1の余弦波信号、前記第2の正弦波信号、及び前記第2の余弦波信号に応答して前記磁場の前記方向を計算するステップを更に含む、請求項13に記載の方法。
- 前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記第1の正弦波信号及び前記第1の余弦波信号の第1の逆正接を求めるステップと、前記第2の正弦波信号及び前記第2の余弦波信号の第2の逆正接を求めるステップとを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記第2の逆正接から、前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度を減算して、第3の逆正接を生成するステップを更に含む、請求項16に記載の方法。
- 前記磁場の前記方向を計算するステップは、前記磁場の前記方向を示す出力信号を与えるために、前記第1の逆正接及び前記第3の逆正接の平均値を計算するステップを更に含む、請求項17に記載の方法。
- 第5の軸に沿った前記磁場を示す第3の正弦波信号と、前記第5の軸に対して直交する第6の軸に沿った前記磁場を示す第3の余弦波信号とを生成するステップと、
第7の軸に沿った前記磁場を示す第4の正弦波信号と、前記第7の軸に対して直交する第8の軸に沿った前記磁場を示す第4の余弦波信号とを生成するステップとを更に含み、
前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は第1の角度を与え、前記第5の軸と前記第1の軸との間の第2の角度は90度の約数であり、前記第7の軸と前記第1の軸との間の第3の角度は90度の約数であり、前記第1の角度、前記第2の角度、及び前記第3の角度は異なる角度である、請求項13に記載の方法。 - 前記第1の角度は約45度であり、前記第2の角度は約22.5度であり、前記第3の角度は約67.5度である、請求項19に記載の方法。
- 前記第1の正弦波信号を生成するステップは、第1のブリッジ構造の第1の複数の磁気抵抗素子を用いて、前記第1の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、
前記第1の余弦波信号を生成するステップは、前記第1のブリッジ構造の第2の複数の磁気抵抗素子によって、前記第2の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、前記第2の複数の磁気抵抗素子は前記第1の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めされ、
前記第2の正弦波信号を生成するステップは、第2のブリッジ構造の第3の複数の磁気抵抗素子によって、前記第3の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、
前記第2の余弦波信号を生成するステップは、前記第2のブリッジ構造の第4の複数の磁気抵抗素子によって、前記第4の軸に沿った前記磁場を検知するステップを含み、前記第4の複数の磁気抵抗素子は前記第3の複数の磁気抵抗素子に対して直交するように位置決めされ、
前記第1の複数の磁気抵抗素子、前記第2の複数の磁気抵抗素子、前記第3の複数の磁気抵抗素子、及び前記第4の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項13に記載の方法。 - 磁場の方向を検出する磁場角度センサであって、
第1の軸に沿った前記磁場を示す第1の正弦波信号と、前記第1の軸に対して直交する第2の軸に沿った前記磁場を示す第1の余弦信号とを生成するための第1の手段と、
第3の軸に沿った前記磁場を示す第2の正弦波信号と、前記第3の軸に対して直交する第4の軸に沿った第2の余弦波信号とを生成するための第2の手段とを備え、前記第1の軸と前記第3の軸との間の角度は90度の約数である、磁場角度センサ。 - 前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は約45度である、請求項22に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の生成手段及び前記第2の生成手段を支持するための手段を更に備える、請求項22に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の正弦波信号、前記第1の余弦波信号、前記第2の正弦波信号、及び前記第2の余弦波信号に応答して、前記磁場の前記方向を計算するための手段を更に備える、請求項22に記載の磁場角度センサ。
- 前記計算する手段は、前記第1の正弦波信号及び前記第1の余弦波信号の第1の逆正接と、前記第2の正弦波信号及び前記第2の余弦波信号の第2の逆正接とを求めるための手段を備える、請求項25に記載の磁場角度センサ。
- 前記計算する手段は、前記第2の逆正接から、前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度を減算して、第3の逆正接を生成するための手段を更に備える、請求項26に記載の磁場角度センサ。
- 前記計算する手段は、前記磁場の前記方向を示す出力信号を与えるために、前記第1の逆正接及び前記第3の逆正接の平均値を計算するための手段を更に備える、請求項27に記載の磁場角度センサ。
- 第5の軸に沿った前記磁場を示す第3の正弦波信号と、前記第5の軸に対して直交する第6の軸に沿った前記磁場を示す第3の余弦波信号とを生成するための第3の手段と、
第7の軸に沿った前記磁場を示す第4の正弦波信号と、前記第7の軸に対して直交する第8の軸に沿った前記磁場を示す第4の余弦波信号とを生成するための第4の手段とを更に備え、
前記第1の軸と前記第3の軸との間の前記角度は第1の角度を与え、前記第5の軸と前記第1の軸との間の第2の角度は90度の約数であり、前記第7の軸と前記第1の軸との間の第3の角度は90度の約数であり、前記第1の角度、前記第2の角度、及び前記第3の角度は異なる角度である、請求項22に記載の磁場角度センサ。 - 前記第1の角度は約45度であり、前記第2の角度は約22.5度であり、前記第3の角度は約67.5度である、請求項29に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の生成手段は、前記第1の軸に沿った前記磁場を検知する第1の複数の磁気抵抗素子と、前記第2の軸に沿った前記磁場を検知する第2の複数の磁気抵抗素子とを備える第1のブリッジ構造を備え、
前記第2の生成手段は、前記第3の軸に沿った前記磁場を検知する第3の複数の磁気抵抗素子と、前記第4の軸に沿った前記磁場を検知する第4の複数の磁気抵抗素子とを備える第2のブリッジ構造を備える、請求項22に記載の磁場角度センサ。 - 前記第1の複数の磁気抵抗素子、前記第2の複数の磁気抵抗素子、前記第3の複数の磁気抵抗素子、及び前記第4の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ、巨大磁気抵抗(GMR)素子、異方性磁気抵抗(AMR)素子、トンネル磁気抵抗(TMR)素子、又は磁気トンネル接合(MTJ)素子のうちの1つ以上を含む、請求項31に記載の磁場角度センサ。
- 前記第1の複数の磁気抵抗素子、前記第2の複数の磁気抵抗素子、前記第3の複数の磁気抵抗素子、及び前記第4の複数の磁気抵抗素子はそれぞれ基準層及びフリー層を備える、請求項31に記載の磁場角度センサ。
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