JP4719257B2 - 磁場角測定方法および装置 - Google Patents
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Description
HYPERLINK "http://www.ssec.honeywell.com/magnetic/datasheets/an211.pdf,March"www.ssec.honeywell.com/magnetic/datasheets/an211.pdf,March 20,2007 、"磁気位置センサの応用"Honeywell Application Note-AN211
RB =R+dR・{1−cos(θ)}/2 ─(2)
RC =R+dR・{1−cos(π/4+θ)}/2 ─(3)
ここに、Rは、フリー層およびピンドリファレンス層の磁化方向が平行であるときの抵抗値、dRは、フリー層およびピンドリファレンス層の磁化方向が反平行に変化したときの抵抗値の変化量、θは、リファレンス軸(X)と印加磁界による磁気モーメントとがなす角度をそれぞれ表している。
(RC +RA )/2−RB =dR・[cos(θ)−{cos(π/4−θ)+cos(π/4+θ)}/2]/2=dR(1−√2/2)/2・cos(θ)─(5)
Claims (32)
- 0〜360度の範囲にわたって磁場角を測定するための方法であって、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向(水平方向)に対して反時計回りの負の角度を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するAタイプ磁気抵抗素子を配設することと、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して平行方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するBタイプ磁気抵抗素子を配設することと、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して時計回りで前記負の角度と絶対値が同じ正の角度を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するCタイプ磁気抵抗素子を配設することと、
共通電源によって駆動されると共に、それぞれ電気的に並列な第1セクションおよび第2セクションを有する第1,第2ホイートストンブリッジを配設することとを含み、
更に、前記各セクションは、
それぞれ前記磁気抵抗素子を直列に接続してなる第1抵抗素子対と第2抵抗素子対を有し、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を備え、
前記第1ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのCタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのAタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのAタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのCタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第1抵抗素子対は、Aタイプ磁気抵抗素子およびCタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのBタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのBタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第2抵抗素子対は、Aタイプ磁気抵抗素子およびCタイプ磁気抵抗素子によりそれぞれ構成され、かつ、
前記第1ホイートストンブリッジの2つの電圧出力端子を第1アンプの入力端子、第2ホイートストンブリッジの2つの電圧出力端子を第2アンプの入力端子にそれぞれ連結し、第1アンプから当該磁場角の正弦値(sine)に比例した大きさの電圧ΔU1 を出力すると共に、第2アンプから磁場角の余弦値(cosine)に比例した大きさの電圧ΔU2 を出力することと、
前記第1アンプおよび前記第2アンプの出力をマイクロコントローラに入力させ、式θ=arctan(ΔU1 /ΔU2 )により磁場角θの値を算出することと、
前記第1アンプおよび前記第2アンプの出力の正負の符号を比較することにより当該磁場角が属する象限を決定することと
を含むことを特徴とする磁場角測定方法。 - 前記Aタイプ、BタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子を同じウエハに形成し、同じ構成となるように作製する請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 50Oe以上の磁場において磁場角を測定する請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 磁気抵抗素子をGMR素子またはMTJ素子とする請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 前記共通電源は0.5〜5.0Vの範囲の電圧を供給する請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 更に、共通電圧源を第1アンプおよび第2アンプそれぞれの電源入力端子へ接続すると共に、前記第1アンプおよび第2アンプの出力端子を差動アンプの入力端子へ接続し、前記差動アンプの出力端子を前記マイクロコントローラへ接続し、その後、前記差動アンプの出力が零となるよう第1アンプおよび第2アンプの増幅率を調整する請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 更に、共通電圧源を第1アンプおよび第2アンプそれぞれの電源入力端子へ接続すると共に、そのときの第1アンプと第2のアンプの出力の比を前記マイクロコントローラにおける定数として保存し、前記定数を前記マイクロコントローラがθの値を算出するときに用いる請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 前記θの値の算出を、前記マイクロコントローラに予め格納した参照テーブルにより行う請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 前記θの値の算出を、その都度ΔU1 /ΔU2 の値を求めると共にその値の逆正接(arctan)関数を求めることによって行う請求項1に記載の磁場角測定方法。
- 矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向(水平方向)に対して反時計回りの負の角度を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するAタイプ磁気抵抗素子と、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して平行方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するBタイプ磁気抵抗素子と、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して時計回りで前記負の角度と絶対値が同じ正の角度を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するCタイプ磁気抵抗素子と、
共通電源によって駆動されると共に、それぞれ電気的に並列な第1,第2セクションを有する第1,第2ホイートストンブリッジとを含み、
更に、前記各セクションは、
それぞれ前記磁気抵抗素子を直列に接続してなる第1抵抗素子対と第2抵抗素子対を有し、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第1ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのCタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのAタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのAタイプ磁気抵抗素子、
前記第1ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのCタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第1抵抗素子対は、Aタイプ磁気抵抗素子およびCタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第1セクションにおける第2抵抗素子対は、2つのBタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第1抵抗素子対は、2つのBタイプ磁気抵抗素子、
前記第2ホイートストンブリッジの第2セクションにおける第2抵抗素子対は、Aタイプ磁気抵抗素子およびCタイプ磁気抵抗素子によりそれぞれ構成され、かつ、
前記第1ホイートストンブリッジの2つの電圧出力端子が第1アンプの入力端子、第2ホイートストンブリッジの2つの電圧出力端子が第2アンプの入力端子にそれぞれ連結され、
前記第1アンプおよび第2アンプの各出力をマイクロコントローラに入力させ、磁場角を算出する
ことを特徴とする磁場角測定装置。 - 前記Aタイプ、BタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子は、GMR素子およびMTJ素子のいずれかである請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 前記Aタイプ、BタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子が同じウエハに形成され、同じ構成を有する請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 前記共通電源は0.5〜5.0Vの範囲内の電圧を供給する請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 前記MR素子のAFM層は、PtMn,NiMn,PtPdMnおよびCrPtMnからなる群から選択された材料により形成されている請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 厚さ100〜300nmの磁気リファレンス層(サブAP1層)を有する請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 厚さ200〜500nmの磁気ピンド層(サブAP2層)を有する請求項10に記載の磁場角測定装置。
- 0〜360度の範囲にわたって磁場角を測定するための方法であって、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向(水平方向)に対して反時計回りの角度(−45度)を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するAタイプ磁気抵抗素子を配設することと、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して平行方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するBタイプ磁気抵抗素子を配設することと、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して時計回りの角度(+45度)を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するCタイプ磁気抵抗素子を配設することとを含み、かつ、
前記3つのタイプの磁気抵抗素子は、互いに並列な4つの第1ないし第4磁気抵抗素子列として配列され、
前記第1磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたCタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたAタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第2磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたAタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたCタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第3磁気抵抗素子列は、直列接続されたAタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたBタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第4磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたBタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および直列接続されたAタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
更に、
前記第1磁気抵抗素子列を駆動するための第1定電流源と、
前記第2磁気抵抗素子列を駆動するための第2定電流源と、
前記第3磁気抵抗素子列を駆動するための第3定電流源と、
前記第4磁気抵抗素子列を駆動するための第4定電流源とを設け、
前記第1および第2定電流源からの電流値を同一とすると共に、前記第3および第4定電流源からの電流値を同一とし、
前記第1および第2の磁気抵抗素子列からの電圧出力端子を第1アンプの入力端子に接続すると共に、前記第3および第4の磁気抵抗素子列からの電圧出力端子を第2アンプの入力端子に接続し、これにより、
前記第1アンプから当該磁場角の正弦値(sine)に比例した大きさの電圧ΔU1 を出力すると共に、前記第2アンプから磁場角の余弦値(cosine)に比例した大きさの電圧ΔU2 を出力し、
前記第1アンプおよび第2アンプの出力をマイクロコントローラに入力させ、式θ=arctan(ΔU1 /ΔU2 )により磁場角θの値を算出し、
前記第1アンプおよび第2アンプの出力の正負の符号を比較することにより当該磁場角が属する象限を決定する
ことを特徴とする磁場角測定方法。 - 前記Aタイプ、BタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子を同じウエハに形成し、同じ構成を有するように作製する請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 50Oe以上の磁場において磁場角を測定する請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 前記磁気抵抗素子をGMR素子またはMTJ素子とする請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 前記共通電源は0.5〜5.0Vの範囲内の電圧を供給する請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 更に、共通電圧源を前記第1アンプおよび第2アンプそれぞれの電源入力端子へ接続すると共に、前記第1アンプおよび第2アンプの出力端子を差動アンプの入力端子へ接続し、前記差動アンプの出力端子を前記マイクロコントローラへ接続し、その後、前記差動アンプの出力が零となるよう第1アンプおよび第2アンプの増幅率を調整する請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 更に、共通電圧源を前記第1アンプおよび第2アンプそれぞれの電源入力端子へ接続すると共に、前記第1アンプと第2のアンプの出力の商(ΔU1 /ΔU2 )を前記マイクロコントローラにおける定数として保存し、前記マイクロコントローラがθの値を算出するときに用いる請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 前記θの値の算出を、前記マイクロコントローラに予め格納した参照テーブルにより行う請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 前記θの値の算出を、その都度ΔU1 /ΔU2 の値を求めると共にその値の逆正接(arctan)関数を求めることによって行う請求項17に記載の磁場角測定方法。
- 矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向(水平方向)に対して反時計回りの角度(−45度)を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するAタイプ磁気抵抗素子と、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向に対して平行方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するBタイプ磁気抵抗素子と、
矩形状を有し、当該矩形の長軸がX方向(水平方向)に対して時計回りの角度(45度)を有する方向に磁気的に固定されたリファレンス層を有するCタイプ磁気抵抗素子とを備え、
前記3つのタイプの磁気抵抗素子は、互いに並列な4つの第1ないし第4磁気抵抗素子列として配列され、
前記第1磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたCタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたAタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第2磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたAタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたCタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第3磁気抵抗素子列は、直列接続されたAタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および2つの直列接続されたBタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
前記第4磁気抵抗素子列は、2つの直列接続されたBタイプの磁気抵抗素子からなる第1抵抗素子対および直列接続されたAタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子からなる第2抵抗素子対を備えると共に、前記第1抵抗素子対と第2抵抗素子対との間に電圧出力端子を有し、
更に、
前記第1磁気抵抗素子列を駆動するための第1定電流源と、
前記第2磁気抵抗素子列を駆動するための第2定電流源と、
前記第3磁気抵抗素子列を駆動するための第3定電流源と、
前記第4磁気抵抗素子列を駆動するための第4定電流源とを有し、
前記第1および第2定電流源からの電流値を同一とすると共に、前記第3および第4定電流源からの電流値を同一とし、
前記第1および第2の磁気抵抗素子列からの電圧出力端子を第1アンプの入力端子に接続すると共に、前記第3および第4の磁気抵抗素子列からの電圧出力端子を第2アンプの入力端子に接続し、これにより、
前記第1アンプから当該磁場角の正弦値(sine)に比例した大きさの電圧ΔU1 を出力すると共に、前記第2アンプから磁場角の余弦値(cosine)に比例した大きさの電圧ΔU2 を出力し、
前記第1アンプおよび前記第2アンプの出力をマイクロコントローラに入力させ、式θ=arctan(ΔU1 /ΔU2 )により磁場角θの値を算出し、
前記第1アンプおよび前記第2アンプの出力の正負の符号を比較することにより当該磁場角が属する象限を決定する
ことを特徴とする磁場角測定装置。 - 前記磁気抵抗素子はGMR素子またはMTJ素子である請求項26に記載の磁場角測定装置。
- 前記Aタイプ、BタイプおよびCタイプの磁気抵抗素子は同じウエハに形成され、同じ構成を有する請求項26に記載の磁場角測定装置。
- 前記共通電源は、0.5〜5.0Vの範囲内の電圧を供給する請求項26に記載の磁場角測定装置。
- 前記磁気抵抗素子はAFM層を有し、前記AFM層はPtMn,NiMn,PtPdMnおよびCrPtMnからなる群から選択された材料により形成されている請求項26に記載の磁場角測定装置。
- 前記磁気抵抗素子は厚さ100〜300nmの磁気リファレンス層(サブAP1層)を有する請求項26に記載の磁場角測定装置。
- 前記磁気抵抗素子は厚さ200〜500nmの磁気ピンド層(サブAP2層)を有する請求項26に記載の磁場角測定装置。
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