JP3230230B2 - 検出装置 - Google Patents

検出装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、物理量、例えば磁
界の強さなどに感応して抵抗値が変化する素子の抵抗値
を検出する検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】物理量の一つである磁界の強さに応じて
抵抗値を変化させる素子として、磁気抵抗素子(MR素
子)があり、この磁気抵抗素子を用いた回転センサが特
開昭62−66115号公報に開示されている。
【0003】この回転センサは、磁性体からなる歯車
と、磁気バイアスを与える永久磁石と、歯車の回転方向
に対して所定寸法離間させて歯車と対向配置された2個
の磁気抵抗素子とを備え、歯車の回転に伴って2個の磁
気抵抗素子が置かれた場所の磁界が変化することを利用
し、磁気抵抗素子の抵抗値変化から歯車と一体になった
回転体の回転速度を検出するものである。
【0004】磁気抵抗素子の抵抗値変化を検出するには
素子に定電流を流し、端子間電圧の変化を取り出せばよ
い。そして、2つの磁気抵抗素子の抵抗値変化を検出す
る回路として、図4に示すように2つの磁気抵抗素子1
および2を直列接続し、その直列回路にさらに定電流源
3を直列接続して上位電圧電源線4と接地5との間に接
続したものが考えられる。
【0005】このように磁気抵抗素子1および2を定電
流でバイアスして抵抗値変化を電圧値変化として検出す
る場合には、出力端子6および7の電圧を磁気抵抗素子
1および2の抵抗値変化を示すものとしてそのまま利用
することはできない。なぜなら、出力端子7の出力電圧
V2は磁気抵抗素子2の抵抗値変化のみにより変化する
が、出力端子6の出力電圧V1は磁気抵抗素子1の抵抗
値変化だけでなく磁気抵抗素子2の抵抗値変化の影響も
受けるからである。したがって、この回路によって磁気
抵抗素子1の抵抗値変化を独立に検出するためには、出
力電圧V2とV1の差電圧を得るための引き算回路を付
加的に設けなければならない。
【0006】一方、このような引き算回路の追加による
回路規模の増大を嫌う場合には、図5に示すように、磁
気抵抗素子1および2に対してそれぞれ別々の定電流源
8および9を接続し、並列的に定電流バイアスしてそれ
ぞれの出力端子10および11からそれぞれの抵抗値変
化による出力電圧をとっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気抵抗素子
に対して個別に定電流バイアスする図5に示す回路の場
合、磁気抵抗素子が増加すれば増加しただけ回路の消費
電流が増えてしまう。消費電流の増加は電源規模の増大
化をもたらすだけでなく、回路自身の発熱を促進し、使
用環境温度が高い場合には回路動作可能な温度を越えて
しまい、回路動作できなくなるという問題もある。
【0008】特に、磁気抵抗素子の抵抗変化率が小さい
場合に、抵抗値変化を大きな出力電圧変化に変換するた
めには定電流バイアスを大きくする必要があり、定電流
源の増加による消費電流の増加は非常に大きな問題とな
る。
【0009】また、このような問題は、磁気抵抗素子の
抵抗値変化を検出する場合だけでなく、その他のセンサ
素子、すなわち、検出すべき物理量に応じて抵抗値が変
化する物理量検出素子の抵抗値変化を検出する場合にも
生じる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の検出装置はこの
ような問題を解決するものであり、検出すべき物理量に
応じて抵抗値が変化する複数の物理量検出素子のそれぞ
れの抵抗値変化を検出する検出装置であって、複数の物
理量検出素子および定電流源を上位電位の電源線と下位
電位の電源線との間に接続し、各物理量検出素子の電流
上流側にそれぞれ出力端子を設け、物理量検出素子の電
流下流側に電源線の電位に対する電圧を一定に保つ回路
を設けたことを特徴とするものである。
【0011】また、検出すべき物理量に応じて抵抗値が
変化する複数の物理量検出素子のそれぞれの抵抗値変化
を検出する検出装置において、複数の物理量検出素子お
よび定電流源を上位電位の電源線と下位電位の電源線と
の間に接続し、各物理量検出素子の電流下流側にそれぞ
れ出力端子を設け、物理量検出素子の電流上流側に前記
電源線の電位に対する電圧を一定に保つ回路を設けたこ
とを特徴とするものである。
【0012】電圧を一定に保つ回路により各物理量検出
素子の一端は定電位に固定され、この状態で各物理量検
出素子には定電流が流れるので、各物理量検出素子の他
端に設けられた出力端子に現れる電圧値はそれぞれの素
子の抵抗値変化にのみ応じて変化する。したがって、定
電流源が単一であるにもかかわらず、各出力端子の電圧
値変化からそれぞれ対応する物理量検出素子の抵抗値変
化を独立に知ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態の検出
装置を示す回路図である。この回路は2つの磁気抵抗素
子1および2の抵抗値変化を電圧値変化に変換する回路
である。
【0014】電圧値V4の高電位電源線4には定電流源
13の一端が接続され、定電流源13の他端は磁気抵抗
素子1の一方の端子に接続されている。定電流源13と
磁気抵抗素子1との接続点には出力端子18が接続さ
れ、磁気抵抗素子1の他方の端子には電圧固定回路14
の構成要素であるpnpバイポーラトランジスタ15の
エミッタが接続されている。
【0015】トランジスタ15のコレクタには磁気抵抗
素子2の一方の端子が接続され、磁気抵抗素子2の他方
の端子は低電位電源線である接地線5に接続されてい
る。トランジスタ15のコレクタと磁気抵抗素子2との
接続点には出力端子19が接続されており、これによっ
て、定電流源13、磁気抵抗素子1、トランジスタ15
および磁気抵抗素子2による直列回路が高電位電源線4
と接地線5との間に接続されたことになる。
【0016】電圧固定回路14はトランジスタ15の他
に演算増幅器16および直流電源17を備えており、演
算増幅器16の反転入力端子がトランジスタ15のエミ
ッタに接続され、非反転入力端子が電圧値V0(0<V
0<V4)の直流電源17の正極に接続され、出力端子
がトランジスタのベースに接続されている。そして、直
流電源17の負極は接地線5に接続されている。
【0017】つぎに、この回路の動作を説明する。定電
流源13、磁気抵抗素子1、トランジスタ15および磁
気抵抗素子2による直列回路には定電流Iが流れ、出力
端子19に現れる出力電圧V2は、磁気抵抗素子2の抵
抗値をR2とすると、 V2=R2×I …(1) となる。したがって、電圧値変化ΔV2は磁気抵抗素子
2の抵抗値変化ΔR2により、 ΔV2=ΔR2×I …(2) となり、出力端子19に現れる出力電圧値変化ΔV2か
ら磁気抵抗素子2の抵抗値変化ΔR2を知ることができ
る。
【0018】出力端子18に現れる出力電圧V1は、磁
気抵抗素子1の抵抗値をR1、トランジスタ15のエミ
ッタ端子の電位をV15とすると、 V1=R1×I+V15 …(3) となる。
【0019】一方、電圧固定回路14は、トランジスタ
15のエミッタ端子の電位V15を一定値に固定する回
路である。すなわち、演算増幅器16はトランジスタ1
5を介して負帰還が掛かっており、反転入力端子の電
位、すなわちトランジスタ15のエミッタの電位が非反
転入力端子の入力電位と等しくなるように動作する。演
算増幅器16の非反転入力端子には直流電源17の正極
が接続されてるため、トランジスタ15のエミッタ端子
の電位V15はV0に常に固定される。
【0020】したがって、(3)式は、 V1=R1×I+V0 …(4) となる。したがって、出力端子18に現れる出力電圧の
電圧値変化ΔV1は、磁気抵抗素子1の抵抗値変化ΔR
1により、 ΔV1=ΔR1×I …(5) となり、磁気抵抗素子1の抵抗値変化R1を出力端子1
8に現れる出力電圧の電圧値変化として検出できる。
【0021】図2は本発明の第2実施形態の検出装置を
示す回路図である。第1実施形態の検出装置は、2つの
磁気抵抗素子1および2の抵抗値変化を検出するもので
あったが、この第2実施形態の検出装置は、3つの磁気
抵抗素子の抵抗値変化を検出できる。
【0022】構成としては、図示のように第1実施形態
の回路に、磁気抵抗素子20、電圧固定回路21、出力
端子22がさらに付加されている。電圧固定回路21
は、電圧固定回路14と同様にpnpトランジスタ2
3、演算増幅器24および直流電源25を備えており、
演算増幅器24の反転入力端子がトランジスタ23のエ
ミッタに接続され、非反転入力端子が電圧値V0´(0
<V0<V0´<V4)の直流電源25の正極に接続さ
れ、出力端子がトランジスタのベースに接続されてい
る。
【0023】この電圧固定回路21により、トランジス
タ23のエミッタ電圧はV0´に固定されるため、出力
端子22に現れる出力電圧V20は、磁気抵抗素子20
の抵抗値をR20とすると、 V20=R20×I+V0´ …(6) となる。したがって、電圧値変化ΔV20は磁気抵抗素
子20の抵抗値変化ΔR20により、 ΔV20=ΔR20×I …(7) となり、出力端子22に現れる出力電圧値変化ΔV20
から磁気抵抗素子20の抵抗値変化ΔR20を知ること
ができる。
【0024】磁気抵抗素子1および2の抵抗値変化ΔR
1およびΔR2は、第1実施形態で説明したように、そ
れぞれ出力端子18および19に現れる出力電圧値変化
ΔV1およびΔV2から得ることができる。
【0025】以上のように、第2実施形態では、第1実
施形態の回路に、抵抗値変化を検出すべき磁気抵抗素子
と、これに対応する電圧固定回路および出力端子を付加
して、3つの磁気抵抗素子の抵抗値変化をそれぞれ独立
に検出できようにしたが、同様にして、磁気抵抗素子、
電圧固定回路および出力端子をさらに付加すれば、4個
以上の磁気抵抗素子の抵抗値変化をそれぞれ独立に検出
する回路を構成できる。
【0026】図3は本発明の第3実施形態の検出装置を
示す回路図である。第1実施形態と同様に2つの磁気抵
抗素子1および2の抵抗値変化を出力端子35および3
6に現れる電圧値変化として検出する回路である。しか
し、第1実施形態では定電流回路13が電源線間の最も
上流側に設けられおり、磁気抵抗素子1および2に定電
流を流し込む構成となっていたが、第3実施形態では定
電流源30が最も下流側に設けれられており、磁気抵抗
素子1および2から定電流を引っ張る構成となってい
る。
【0027】電圧値V4の高電位電源線4には磁気抵抗
素子1の一端が接続され、磁気抵抗素子1の他端には電
圧固定回路31の構成要素であるnpnバイポーラトラ
ンジスタ32のコレクタが接続されている。このコレク
タと磁気抵抗素子1との接続点には出力端子35が接続
されている。トランジスタ32のエミッタには磁気抵抗
素子2の一方の端子が接続され、磁気抵抗素子2の他方
の端子は定電流Iを流す定電流源30を介して低電位電
源線である接地線5に接続されている。磁気抵抗素子2
と定電流源30との接続点には出力端子36が接続され
ており、これによって、磁気抵抗素子1、トランジスタ
32、磁気抵抗素子2および定電流源30による直列回
路が高電位電源線4と接地線5との間に接続されたこと
になる。
【0028】電圧固定回路31はトランジスタ32の他
に演算増幅器33および直流電源34を備えており、演
算増幅器33の反転入力端子がトランジスタ32のエミ
ッタに接続され、非反転入力端子が電圧値V0(0<V
0<V4)の直流電源34の正極に接続され、出力端子
がトランジスタ32のベースに接続されている。
【0029】この回路によれば、出力端子35の出力電
圧V1は、 V1=V4−R1×I …(8) となる。そして、電圧値変化ΔV1は磁気抵抗素子1の
抵抗値変化ΔR1により、 ΔV1=−ΔR1×I …(9) となり、出力端子35に現れる出力電圧値変化ΔV1か
ら磁気抵抗素子1の抵抗変化ΔR1を知ることができ
る。
【0030】また、出力端子36の出力電圧V2は、 V2=V0−R2×I …(8) となる。そして、電圧値変化ΔV2は磁気抵抗素子2の
抵抗値変化ΔR2により、 ΔV2=−ΔR2×I …(9) となり、出力端子36に現れる出力電圧値変化ΔV2か
ら磁気抵抗素子2の抵抗変化ΔR2を知ることができ
る。
【0031】この実施形態では、2つの磁気抵抗素子の
抵抗値変化をそれぞれ独立に検出できようにしたが、抵
抗値を検出すべき磁気抵抗素子と、これに対応する電圧
固定回路および出力端子を付加すれば、3個以上の磁気
抵抗素子の抵抗値変化をそれぞれ独立に検出する回路を
構成できる。
【0032】上述した3つの実施形態では、抵抗値を検
出すべき素子が磁気抵抗素子であったが、検出すべき物
理量に応じて抵抗値が変化する物理量検出素子であれば
他の素子でもよい。たとえば、温度に応じて抵抗値が変
化する測温抵抗体の抵抗値変化を検出することもでき
る。
【0033】また、上記3つの実施形態では、電圧固定
回路の能動素子としてバイポーラトランジスタを用いた
が、これに代えて他の能動素子たとえば電界効果トラン
ジスタ(FET)を用いてもよい。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の検出装置
によれば、各物理量検出素子の他端に設けられた出力端
子に現れる電圧値はそれぞれの素子の抵抗値変化にのみ
応じて変化するので、各出力端子の電圧値変化からそれ
ぞれ対応する物理量検出素子の抵抗値変化を独立に知る
ことができる。しかも、複数の物理量検出素子に対して
一の定電流源を用いるので、一の物理量検出素子に対し
て一の定電流源を用いる場合に比べて消費電流を抑える
ことができる。消費電流の抑制は単に経済効果を有する
だけでなく、回路の発熱量も抑えることができ、高温に
よる誤動作も避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の検出装置を示す回路
図。
【図2】本発明の第2実施形態の検出装置を示す回路
図。
【図3】本発明の第3実施形態の検出装置を示す回路
図。
【図4】従来の検出装置を示す回路図。
【図5】従来の検出装置を示す回路図。
【符号の説明】
1、2、20…磁気抵抗素子、4…上位電圧電源線、5
…下位電圧電源線(接地線)、13、30…定電流源、
14、21、31…電圧固定回路、15、23…pnp
バイポーラトランジスタ、16、24、33…演算増幅
器、17、25、34…定電圧源、18、19、22、
35、36…出力端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01R 27/02 G01D 5/16 B 33/09 G01R 33/06 R

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出すべき物理量に応じて抵抗値が変化
    する複数の物理量検出素子のそれぞれの抵抗値変化を検
    出する検出装置において、 前記複数の物理量検出素子および定電流源を上位電位の
    電源線と下位電位の電源線との間に接続し、前記各物理
    量検出素子の電流上流側にそれぞれ出力端子を設け、前
    記物理量検出素子の電流下流側に前記電源線の電位に対
    する電圧を一定に保つ回路を設けたことを特徴とする検
    出装置。
  2. 【請求項2】 検出すべき物理量に応じて抵抗値が変化
    する複数の物理量検出素子のそれぞれの抵抗値変化を検
    出する検出装置において、 前記複数の物理量検出素子および定電流源を上位電位の
    電源線と下位電位の電源線との間に接続し、前記各物理
    量検出素子の電流下流側にそれぞれ出力端子を設け、前
    記物理量検出素子の電流上流側に前記電源線の電位に対
    する電圧を一定に保つ回路を設けたことを特徴とする検
    出装置。
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