JP2669631B2

JP2669631B2 - 磁気検出装置

Info

Publication number: JP2669631B2
Application number: JP63036912A
Authority: JP
Inventors: 崇片桐
Original assignee: 株式会社三協精機製作所
Priority date: 1988-02-19
Filing date: 1988-02-19
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JPH01212312A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は磁気式ロータリーエンコーダ，リニアスケー
ル等として用いられる磁気検出装置に関する。

（従来の技術）従来、磁気検出装置としては第８図に示すように磁気
ドラム1,磁気抵抗素子２及び信号処理回路３により構成
されたものがある。磁気ドラム１は回転方向へＮ極とＳ
極が一定の間隔で交互に着磁されることにより一定波長
λの繰り返し信号が着磁された磁気記録媒体であり、第
９図に示すように磁気抵抗素子２は複数本の磁気抵抗
（以下MRという）ストライプ４〜７により構成される。
このMRストライプ４〜７は磁気ドラム１と対向してその
回転方向へλ/4,λ/8,λ/4の間隔をおいて配置され、信
号処理回路３は例えばMRストライプ４〜７を電流駆動す
る電流駆動方式では定電流源８〜11及び差動増幅器12,1
3により構成される。MRストライプ４〜７は一端が電圧V
cの直流電源に接続されて他端がそれぞれ定電流源８〜1
1に接続され、磁気ドラム１から受ける磁気信号により
それぞれ抵抗値R₁₁（ｘ）,R₁₂（ｘ）,R₁₃（ｘ）,R
₁₄（ｘ）が磁気ドラム１と磁気抵抗素子２との相対的移
動距離ｘに応じて変化する。差動増幅器12は定電流源8,
9の電圧V₁₁（ｘ）,V₁₂（ｘ）の差動増幅を行い、差動増
幅器13が定電流源10,11の電圧V₁₃（ｘ）,V₁₄（ｘ）の差
動増幅を行う。磁気ドラム１と磁気抵抗素子２が矢印方
向へ相対的に移動すると、MRストライプ４と５、６と７
の抵抗値R₁₁（ｘ）とR₁₂（ｘ）、R₁₃（ｘ）とR₁₄（ｘ）
がそれぞれ逆相で変化し、かつMRストライプ４と６の抵
抗値R₁₁（ｘ）,R₁₃（ｘ）が90゜の位相差で変化して差
動増幅器12,13から90゜の位相差を有する正弦波e
₁₁（ｘ）,e₁₂（ｘ）が得られる。

（発明が解決しようとする課題）上述の磁気検出装置では各１本のMRストライプ４〜７
を単位セグメントとしてMR素子２を構成しているので、
外乱磁界が加わったときに差動増幅器12,13の出力信号
にノイズが加わってしまう。外乱磁界には、モータから
の磁気ノイズや、モータの電磁ブレーキによる磁気ノイ
ズ等があり、磁気記録媒体からの磁気信号に比べ100〜1
000倍周期を持つ低周波数のノイズである。よって外乱
磁界が加わると磁気抵抗ストライプには、第10図（ｂ）
に示す外乱磁界による外乱磁束密度B₀の分だけバイアス
磁界が印加されたことになる。この点について詳細に説
明する。

今、定電流源８〜11の電流をＩとすると、 V₁₁（ｘ）＝Vc−R₁₁（ｘ）Ｉ ……（１） V₁₂（ｘ）＝Vc−R₁₂（ｘ）Ｉ ……（２） e₁₁（ｘ）＝V₁₁（ｘ）−V₁₂（ｘ） ……（３） R₁₂（ｘ）＝R₁₁（ｘ＋λ/4） ……（４）が成立する。但し差動増幅器12,13の増幅率を１とし
た。またMRストライプ４に磁束密度B₁₁（ｘ）が加わ
り、この磁束密度B₁₁（ｘ）を B₁₁（ｘ）＝B₀＋Ba sin（２π／λ）ｘ ……（５）とする。ここでB₀は外乱磁束密度、Baは磁気ドラム１の
磁気記録信号から発生する信号磁束密度の振幅である。
MRストライプ４の印加磁束密度に対する抵抗変化率は第
３図（ａ）に示すように２次曲線に近似して ρ（B₁₁（ｘ））＝Ａ｛B₁₁（ｘ）｝^２ ……（６）と仮定する。ρは減少率である。第３図（ａ）に示すよ
うにMRスロライプ４に磁束密度B₁₁（ｘ）が印加される
と、第３図（ｃ）に示すようにMRストライプ４の抵抗変
化率ρ（B₁₁（ｘ））が変化する。MRストライプ４の抵
抗値R₁₁（ｘ）と印加磁束密度B₁₁（ｘ）の関係は次式の
ようにおく。

R₁₁（ｘ）＝R₀｛１−ρ（B₁₁（ｘ））｝ ……（７）ここにR₀はMRストライプ４に対する磁束密度が０［ga
uss］のときのMRストライプ４の抵抗値であり、MRスト
ライプ４の抵抗値R₁₁（ｘ）はMRストライプ４に磁束密
度B₁₁（ｘ）が加わると、R₀からR₀ρ（B₁₁（ｘ））だけ
小さくなることがわかる。

（７）式へ（５）式，（６）式を代入して書き直す
と、 R₁₁（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（８）となる。この（８）式と（４）式よりR₁₂（ｘ）は次式
のようになる。

R₁₂（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Bacos（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（２π／λ）ｘ）｝ ……（９）（３）式へ（１）（２）（８）（９）式を代入するこ
とにより差動増幅器12の出力信号e₁₁（ｘ）としてが得られる。この（10）式において右辺第１項はＸ＝λ
/2毎に繰り返す信号成分を示し、右辺第２項はｘ＝λ毎
に繰り返す信号の1/2の周波数のノイズ成分を示す。ノ
イズ成分の振幅はであり、外乱磁束密度B₀が０のときにノイズ成分は０と
なることがわかる。（10）式はB₀≠０のとき信号成分に
対してｘ＝λ毎に繰り返す信号の1/2の周波数のノイズ
成分が重畳されて２周期に１回のリップルが生ずること
を意味する。e₁₁（ｘ）の信号とノイズ成分との振幅の
比はとなり、磁束密度の比B₀/Baが電圧信号に変換されてS/N
がに増幅されることが分かる。

このように外乱磁界が加わったときには差動増幅器1
2,13の出力信号にノイズ成分が加わり、これを矩形波に
処理する場合はその１周期毎にデューティ比が異なると
いう問題が生ずる。

（課題を解決するための手段）本発明は、一定波長λの繰り返し信号を着磁記録した
磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する磁気抵抗ス
トライプを有し、上記磁気記録媒体と相対的に移動して
略90゜の位相差を有する差動出力が得られる磁気抵抗素
子とを備えた磁気検出装置において、互いに（ｎ−1/
2）λ（ｎは自然数）の間隔で配置し、かつ直列に接続
した2m本（ｍは自然数）の磁気抵抗ストライプを単位セ
グメントとして該単位セグメントを４組有する磁気抵抗
素子を上記磁気抵抗素子として形成すると共に、上記単
位セグメントを個別に定電流源により駆動し、上記単位
セグメントと上記定電流源との各接続点から出力端子を
導出したことを特徴とするものである。

（作用）磁気抵抗素子は、各単位セグメントが個別に定電流源
により駆動され、磁気記録媒体と相対的に移動して略90
゜の位相差を有する差動出力が単位セグメントと定電流
源との各接続点から導出した出力端子より得られる。

（実施例）第１図は本発明の一実施例を示す。

この実施例は前述の磁気検出装置においてMR素子２を
MRストライプ21〜28で構成したものであり、MRストライ
プ21〜28は一対のMRストライプ21と22,23と24,25と26,2
7と28を単位セグメントとしてそれぞれ直列に接続され
てその一端が電圧Vcの直流電源に接続されると共に他端
が定電流源８〜11に接続される。このMRストライプ21〜
28は磁気ドラム１と対向してその回転方向へλ/2,λ/4,
λ/2,λ/8,λ/2,λ/4,λ/2の間隔をおいて配置される。

互いに直列に接続されて単位セグメントを構成する一
対づつのMRストライプ21と22,23と24,25と26,27と28は
それぞれλ/2の間隔で配置されているので、抵抗値R₂₁
（ｘ）とR₂₂（ｘ）,R₂₃（ｘ）とR₂₄（ｘ）,R₂₅（ｘ）と
R₂₆（ｘ）,R₂₇（ｘ）とR₂₈（ｘ）が同相で変化する。ま
た各一対のMRストライプ21,22と23,24、25,26と27,28は
それぞれλ/2＋λ/4の間隔が有るので、抵抗値R
₂₁（ｘ）,R₂₂（ｘ）とR₂₃（ｘ）,R₂₄（ｘ）、R
₂₅（ｘ）,R₂₆（ｘ）とR₂₇（ｘ）,R₂₈（ｘ）が逆相で変
化する。したがって定電流源８と９、10と11の各電圧V
₂₁（ｘ）とV₂₄（ｘ）、V₂₅（ｘ）とV₂₈（ｘ）はそれぞ
れ差動の出力となる。MRストライプ21,22と25,26はλ/2
＋λ/4＋λ/2＋λ/8＝13λ/8の間隔であるから、抵抗値
が90゜位相差で変化し、定電流源８と10の各電圧V
₂₁（ｘ）とV₂₅（ｘ）は90゜位相差で変化する。例えばM
Rストライプ21,22の抵抗値の合成抵抗の抵抗変化率ρ
（B₂₁（ｘ））＋ρ（B₂₂（ｘ））は第３図（ｄ）のよう
に変化する。よって差動増幅器12,13の出力信号e
₂₁（ｘ）,e₂₂（ｘ）は90゜位相差の近似正弦波信号とな
る。

第１図（ｂ）には第１図（ａ）に示す実施例による特
性例を示す。磁気抵抗ストライプ21,22への印加磁束密
度に対する抵抗変化率は第１図（ｂ）に示すように２次
曲線に近似される。磁気抵抗ストライプ21,22とはλ/2
の間隔を隔てているので、磁気記録媒体の移動により、
第１図（ｃ）に示すように磁気抵抗ストライプ21に磁束
密度B₂₁（ｘ）が、磁気抵抗ストライプ22に磁束密度B₂₂
（ｘ）が印加されるため、磁気抵抗ストライプ21と22の
抵抗変化率ρ（B₂₁（ｘ））及びρ（B₂₂（ｘ））は第１
図（ｄ）に示すように変化する。

従って、磁気抵抗ストライプ21と22とは直列接続され
ているため、磁気抵抗ストライプ21と22の合成抵抗の抵
抗変化率ρ（B₂₁（ｘ））＋ρ（B₂₂（ｘ））は第１図
（ｅ）に示すように変化する。これは第１図（ｄ）の磁
気抵抗ストライプ21と22の抵抗変化率を加算したもので
ある。

この実施例では次の式が成り立つ。

V₂₁（ｘ）＝Vc−｛R₂₁（ｘ）＋R₂₂（ｘ）｝Ｉ ……（12） V₂₄（ｘ）＝Vc−｛R₂₃（ｘ）＋R₂₄（ｘ）｝Ｉ ……（13） e₂₁（ｘ）＝V₂₁（ｘ）−V₂₄（ｘ） ……（14） R₂₁（ｘ）＝R₁₁（ｘ） ……（15） R₂₂（ｘ）＝R₁₁（ｘ＋λ/2） ……（16） R₂₃（ｘ）＝R₁₁（ｘ＋３λ/4） ……（17） R₂₄（ｘ）＝R₁₁（ｘ＋５λ/4）＝R₁₁（ｘ＋λ/4） ……（18）（15）〜（18）式に（８）式を代入すると、 R₂₁（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（19） R₂₂（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）Ｘ）｝ ……（20） R₂₃（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Bacos（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（21） R₂₄（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Bacos（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（22）が得られる。MRストライプ21,22は直列に接続されてい
るので、その合成抵抗値は R₂₁（ｘ）＋R₂₂（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ² ＋Ba²/2−（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（23）となり、信号の1/2の周波数のノイズ成分sin（２π／
λ）ｘがキャンセルされて消えることが分かる。同様に
MRストライプ23,24の合成抵抗値が R₂₃（ｘ）＋R₂₄（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ² ＋（Ba²/2）＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（24）となって信号の1/2の周波数のノイズ成分sin（２π／
λ）ｘがキャンセルされて消える。（14）式に（12）
（13）（23）（24）式を代入すると、差動増幅器12の出
力信号e₂₁（ｘ）は e₂₁（ｘ）＝−2R₀IABa²cos（４π／λ）ｘ ……（25）となってｘ＝λ/2毎に繰り返す信号成分しか現れない。
このように本実施例はノイズ成分がゼロであり、本質的
にノイズ成分をキャンセルしていることがわかる。

（23）式または（24）式よりλ/2（３λ/2,5λ/2,・
・・でも等価）毎にMRストライプを配置してこれを直列
に接続して単位セグメントとすれば必然的に外乱磁束密
度がキャンセルされてノイズ成分がゼロとなる配置にな
る。

第２図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は第１図の実施例においてMRストライプ21
〜28を磁気ドラム１と対向させてその回転方向へa₁,b₁,
a₂,c,a₃,b₂,a₄の間隔をおいて配置したものである。こ
こに a₁,a₂,a₃,a₄＝（ｎ−1/2）λ b₁,b₂＝ｍλ/4 ｃ＝Ｌλ/8 であり、ｎは自然数、m,Lは但の奇数である。上述のよ
うにa₁,a₂,a₃,a₄を（ｎ−1/2）λ、つまり３λ/2,5λ/
2,・・・としても上記実施例と同様にノイズ成分がゼロ
となる。またMRストライプの印加磁束密度に対する抵抗
変化率が第３図（ｂ）に示すように２次曲線に近似でき
るから、b₁,b₂をｍλ/4、つまりλ/4,3λ/4,5λ/4,・・
・としても同様な効果が得られ、ｃをＬλ/8、つまりλ
/8,3λ/8,5λ/8,・・・としても同様な効果が得られ
る。

第４図は本発明の他の実施例を示す。

第１〜２図実施例においては単位セグメントとなるMR
ストライプは２本づつのMRストライプ21,22、23,24、2
5,26、27,28で各々構成していたが、この実施例は第１
〜２図実施例において単位セグメントとなるMRストライ
プを４本づつのMRストライプ29〜32、33〜36、37〜40、
41〜44で構成して直流電源と定電流源８〜11との各間に
接続したものである。MRストライプ29〜44は磁気ドラム
１と対向させてその回転方向へλ/2,λ/2,λ/2,λ/4,λ
/2,λ/2,λ/2,λ/8,λ/2,λ/2,λ/2,λ/4,λ/2,λ/2,λ
/2の間隔をおいて配置してあり、上記実施例と同様にノ
イズ成分がゼロとなる。また単位セグメントとなるMRス
トライプを４本づつで構成したことによりその抵抗値が
減少して消費電流が減少する。

第５図は本発明の他の実施例を示す。

この実施例は単位セグメントとなるMRストライプを６
本づつのMRストライプ45〜50、51〜56、57〜62、63〜68
で構成して直流電源と定電流源８〜11との各間に接続し
たものである。MRストライプ45〜68は磁気ドラム１と対
向させてその回転方向へλ/2,λ/2,λ/2,λ/2,λ/2,λ/
4,λ/2,λ/2,λ/2,λ/2,λ/2,λ/8,λ/2,λ/2,λ/2,λ/
2,λ/2,λ/4,λ/2,λ/2,λ/2,λ/2,λ/2の間隔をおいて
配置してあり、上記実施例と同様にノイズ成分がゼロと
なる。

しかも、この実施例は、略90゜の位相差を有する差動
出力を得るのに、少ない端子数で磁気抵抗ストライプ数
を容易に増やすことができて低消費電流化を図ることが
できる。

MRストライプを駆動する方式には電流駆動方式と電圧
駆動方式があって本発明は電流駆動方式であるが、次に
本発明の電流駆動方式を用いた特徴を明確にするため電
圧駆動方式との差異について説明する。

電圧駆動方式では例えば第６図に示すように単位セグ
メントとなるMRストライプが２本づつのMRストライプ69
〜72、73〜76、77〜80、81〜84で構成されてこれらが一
対づつ電圧Vcの直流電源とアースとの間に直列に接続さ
れ、この直列に接続された単位セグメントの接続点の電
圧が差動増幅器12,13に入力される。MRストライプ69〜8
4は磁気ドラム１と対向させてその回転方向へλ/2,λ/
4,λ/2,λ/4,λ/2,λ/4,λ/2,λ/8,λ/2,λ/4,λ/2,λ/
4,λ/2,λ/4,λ/2の間隔で配置される。第７図はこの電
圧駆動方式の等価回路を示す。

この電圧駆動方式においてMRストライプ69〜84の各抵
抗値をそれぞれR₃₀₁（ｘ）〜R₃₁₆（ｘ）とし、各直列に
接続された単位セグメントの接続点の電圧をV303
（ｘ）,V₃₀₇（ｘ）,V₃₁₁（ｘ）,V₃₁₅（ｘ）として差動
増幅器12,13の増幅率が１でその出力電圧をe₃₁（ｘ）,e
₃₂（ｘ）とした場合次の式が成り立つ。

R₃₀₁（ｘ）＝R¹¹（ｘ）……（A1） R₃₀₂（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋λ/2） ……（A2） R₃₀₃（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋３λ/4） ……（A3） R₃₀₄（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋５λ/4）＝R₃₀₁（ｘ＋λ/4） ……（A4） R₃₀₅（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋３λ/2）＝R₃₀₁（ｘ＋λ/2） ……（A5） R₃₀₆（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋２λ）＝R₃₀₁（ｘ） ……（A6） R₃₀₇（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋９λ/4）＝R₃₀₁（ｘ＋λ/4） ……（A7） R₃₀₈（ｘ）＝R₃₀₁（ｘ＋11λ/4）＝R₃₀₁（ｘ＋３λ/4） ……（A8） V₃₀₃（ｘ）＝｛R₃₃（ｘ）/R₃₁（ｘ）＋R₃₃（ｘ））｝ ×Vc ……（A13） V₃₀₇（ｘ）＝｛R₃₅（ｘ）／（R₃₅（ｘ）＋R
₃₇（ｘ））｝ ×Vc ……（A14）（８）式から（A1）式を書き直せば R₃₀₁（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A16）（A2）〜（A8）式を書き直せば R₃₀₂（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A17） R₃₀₃（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Basin（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A18） R₃₀₄（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A19） R₃₀₅（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝＝R₃₀₂（ｘ） ……（A20） R₃₀₆（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝＝R₃₀₁（ｘ） ……（A21） R₃₀₇（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋2B₀Basin（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝＝R₃₀₄（ｘ） ……（A22） R₃₀₈（ｘ）＝R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −2B₀Basin（２π／λ）ｘ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝＝R₃₀₃（ｘ） ……（A23）（A9）〜（A12）式よりR₃₁（ｘ）〜R₃₇（ｘ）は R₃₁（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A24） R₃₃（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A25） R₃₅（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A26） R₃₇（ｘ）＝2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝ ……（A27）となる。（A13）（A14）よりV₃₀₃（ｘ）,V₃₀₇（ｘ）は V₃₀₃（ｘ）＝［2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 ＋（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝/4R₀｛１ −Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝］×Vc ＝Vc/2−［（1/2）ABa²cos（４π／λ）ｘ）｝/2｛１ −Ａ（B₀ ²＋Ba²）｝］×Vc ……（A28） V₃₀₇（ｘ）＝［2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2 −（Ba²/2）cos（４π／λ）ｘ）｝/4R₀｛１ −Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝］×Vc ＝Vc/2−［（1/2）ABa²cos（４π／λ）ｘ）｝/2｛１ −Ａ（B₀ ²＋Ba²）｝］×Vc ……（A29）となる。（A15）式より差動増幅器12の出力信号e
₃₁（ｘ）はとなる。この実施例では（A16）式のR₃₀₁（ｘ）と（A1
7）式のR₃₀₂（ｘ）を足して（A24）式でR₃₁（ｘ）にす
ることによりsin（２π／λ）ｘのノイズ成分がキャン
セルされることがわかる。すなわち電圧駆動方式でもMR
ストライプをλ/2の間隔で配置して直列に接続すること
によりノイズ成分をキャンセルできる。

この電圧駆動方式において第７図の抵抗R₃₃（ｘ）に
流れる電流をI₃₀₃、抵抗R₃₅（ｘ）に流れる電流をI₃₀₇
とすると、（A24）〜（A27）より I₃₀₃＝Vc/（R₃₁（ｘ）＋R₃₃（ｘ）＝Vc/4R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝ ……（A31） I₃₀₇＝Vc/（R₃₅（ｘ）＋R₃₇（ｘ）＝Vc/4R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝ ……（A32）となり、両者I₃₀₃,I₃₀₇は等しいことが分かる。したが
ってこの電圧駆動方式では１相当りの電力を消費して（A30）式よりの振幅の出力電圧を得ていることが分かる。

一方、第１図の実施例では１相当り消費電力Pcは電源
電圧Vcに対して2Iの電流が消費されるから、となり、また出力電圧の振幅Acは（25）式よりとなる。なおこの電力Pcは定電流源で消費される電力も
含めており、特にこれを検出部消費電力として後で述べ
るMR素子上消費電力と区別する。

次に電圧駆動方式と電流駆動方式が同じ出力振幅とな
るような駆動電流の値を求める。この電流をIeとする
と、A_V＝Acより Ie＝Vc/4R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝ ……（A37）となる。この電流Ieを第１図の実施例において定電流源
８〜11の電流値とすると、１相当り消費電力Pcは（A3
5）式より Pc＝2Vc×Vc/4R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝＝Vc²/2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝ ……（A38）となり、これは上記電圧駆動方式の消費電力と同じであ
る。したがって第１図の実施例と第６図の電圧駆動方式
において出力電圧の振幅が同じになるようにMR素子を駆
動した場合には消費電力が等しくなる。しかし電圧駆動
方式では直流電源とアースとの間に４本のMRストライプ
を直列に接続しているが、第１図の実施例で直流電源と
アースとの間に２本のMRストライプを直列に接続してい
ることに注目すれば第１図の実施例の方が少ないMRスト
ライプで低消費電力化が達成できることが分かる。

またMR素子上の消費電力を比較してみると、電圧駆動
方式では検知部消費電力そのものが１相当りのMR素子上
の消費電力P_V′となる。

P_V′＝P_V＝Vc²/2R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2）｝ ……（A39）一方、第１図の実施例では１相当りのMR素子21上の消
費電力Pc′は Pc′＝（R₂₁（ｘ）＋R₂₂（ｘ））I²＋（R₂₃（ｘ）＋R₂₄（ｘ））I² ……（A40）で与えられる。（19）〜（22），（A37）式より Pc′＝Vc²/4R₀｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba²/2） ……（A41）となり、（A39）式と（A41）式を比較すると、 Pc′＝P_V′/2 ……（A42）であることが分かる。すなわち電流駆動方式におけるMR
素子上の消費電力Pc′は電圧駆動方式におけるMR素子上
の消費電力P_V′の半分である。したがつて電流駆動方式
におけるMR素子の方がMRストライプの温度が低いことが
分かる。MRストライプの感度｛（６）式のＡ｝は負の温
度係数を持っているので、MRストライプの温度が低いほ
ど（６）式のＡは大きくなり、出力電圧の振幅｛（25）
式より2R₀IABa²｝が大きくなる。すなわちMR素子上の消
費電力が小さい電流駆動方式はMR素子自身の発熱では出
力電圧の振幅が小さくなりにくい。

次に第１図に示す電流駆動方式の実施例と上記電圧駆
動方式の出力電圧の振幅の温度係数を比較すると、第１
図の実施例では差動増幅器12の出力振幅は（25）式より
2R₀IABa²である。一方、電圧駆動方式では（A30）式よ
り差動増幅器12の出力振幅はABa²Vc/｛１−Ａ（B₀ ²＋Ba
²/2）であり、分母のＡ（B₀ ²＋Ba²/2）が0.02位である
から１≫0.02としてABa²Vc/2と近似できる。また実験に
よれば第１図の実施例では差動増幅器12の出力振幅の温
度係数は−1800ppm/℃であり、上記電圧駆動方式の出力
電圧の振幅の温度係数は−4200ppm/℃である。

電流駆動方式の電流Ｉ、電圧駆動方式の電圧Vcを温度
にかかわりなく一定とすると両方式はABa²を共通の温度
係数の要因として持ち、電流駆動方式のみがR₀を温度係
数の要因として持っていることが分かる。ABa²は信号磁
束密度の振幅がBaのときのMRストライプの抵抗変化率で
あり、その温度係数は−4200ppm/℃である。またR₀は磁
束密度が印加されていないときのMRストライプの抵抗値
であり、その温度係数はおおよそ＋3700ppm/℃である。
したがって電圧駆動方式の出力電圧振幅の温度係数はAB
a²の温度係数そのもので、−4200ppm/℃となる。これに
対して電流駆動方式の出力電圧振幅の温度係数はABa²の
温度係数とR₀の温度係数が打ち消しあい、−1800ppm/℃
（実験値）となる。このように電流駆動方式では電圧駆
動方式に比べて出力電圧振幅の温度係数を約1/2に改善
できる。

第１図に示す電流駆動方式の実施例と上記電圧駆動方
式との比較結果をまとめると、次のようになる。

なおMR素子２が磁気ドラム１に対応して配置されてい
るからMRストライプの配置の広がりが広いと、周辺のMR
ストライプは磁気ドラム１により受ける磁界が弱くなっ
て出力信号が小さくなる。よってMRストライプの配置は
狭い方がよい。またMR素子２のチップは端子の本数が少
ないほど面積が小さくなり、すなわち１個当りのコスト
が安くなり、端子数が少ない方が有利である。さらにMR
素子２の出力信号が温度により変化しない方が後段の信
号処理回路３が楽になる。MR素子上で消費電力が少ない
ことはMRストライプの実際の使用温度が低いことを意味
する。MR素子の感度は負の温度係数を持っているので、
消費電力が少ないほど感度が上がって有利である。

このように電流駆動方式は外付部品が多いという短所
が有るが、それを補ってあまりある長所を持っている。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、一定波長λの繰り返し
信号を着磁記録した磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に
対向する磁気抵抗ストライプを有し、上記磁気記録媒体
と相対的に移動して略90゜の位相差を有する差動出力が
得られる磁気抵抗素子とを備えた磁気検出装置におい
て、互いに（ｎ−1/2）λ（ｎは自然数）の間隔で配置
し、かつ直列に接続した2m本（ｍは自然数）の磁気抵抗
ストライプを単位セグメントとして該単位セグメントを
４組有する磁気抵抗素子を上記磁気抵抗素子として形成
すると共に、上記単位セグメントを個別に定電流源によ
り駆動し、上記単位セグメントと上記定電流源との各接
続点から出力端子を導出したので、従来の電流駆動方式
に比べて、ノイズ成分をキャンセルした安定した出力信
号を得ることができると共に、構成としても、磁気抵抗
ストライプの数が少なくてもよいから小型化に対応で
き、また、磁気抵抗ストライプの数が少なくてもよいか
ら感度を向上させることができる。しかも、略90゜の位
相差を有する差動出力を得るのに、少ない端子数で磁気
抵抗ストライプ数を容易に増やすこともできて低消費電
流化を図ることもできる。さらに、電圧駆動方式に比べ
て、磁気抵抗ストライプ数、配置の広がり及び端子数を
少なくできて磁気抵抗ストライプの温度係数を小さくで
き、磁気抵抗ストライプ上消費電力を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示す図及び
同実施例を説明するための図、第２図は本発明の他の実
施例を示す図、第３図（ａ）〜（ｄ）は従来の磁気検出
装置及び本発明の実施例を説明するための図、第４図及
び第５図は本発明の他の各実施例を示す図、第６図は電
圧駆動方式の磁気検出装置を示す図、第７図は同磁気検
出装置におけるMR素子の等価回路を示す回路図、第８図
は従来の磁気検出装置の一例を示す概略図、第９図は同
磁気検出装置を詳しく示す図である。１……磁気記録媒体、２……MR素子、８〜11……定電流
源、21〜68……MRストライプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一定波長λの繰り返し信号を着磁記録した
磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対向する磁気抵抗ス
トライプを有し、上記磁気記録媒体と相対的に移動して
略90゜の位相差を有する差動出力が得られる磁気抵抗素
子とを備えた磁気検出装置において、互いに（ｎ−1/
2）λ（ｎは自然数）の間隔で配置し、かつ直列に接続
した2m本（ｍは自然数）の磁気抵抗ストライプを単位セ
グメントとして該単位セグメントを４組有する磁気抵抗
素子を上記磁気抵抗素子として形成すると共に、上記単
位セグメントを個別に定電流源により駆動し、上記単位
セグメントと上記定電流源との各接続点から出力端子を
導出したことを特徴とする磁気検出装置。