JP5440837B2 - 信号伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を利用して、互いに絶縁された複数の電気回路間の信号伝達を非接触で行う信号伝達装置に関する。

従来、互いに絶縁された複数の電気回路間において一方の電気回路からの信号を非接触で他方へ伝達するデバイスとしては、フォトカプラやパルストランスなどが知られている。ところが、フォトカプラは発光ダイオード（ＬＥＤ）の消耗劣化や電流伝送率の低下などの経時変化が顕著であるうえ信号伝送の遅延が大きい。一方、パルストランスは、巻線コイルを使うので信号伝送の遅延は小さいものの、形状や重量が大きいうえ、動作可能な温度も低いという問題を抱えている。また、パルストランスの巻線コイルを薄膜コイルに置換したカプラも存在するが、磁界を受けるコイルの能率が悪いため、消費電力が大きい。

そこで、上記のような問題点を解決するものとして磁気抵抗効果素子を備えた信号伝達装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。この信号伝達装置は、一方の電気回路系からの信号導線を流れる電流の変化を磁気抵抗効果素子によって非接触の状態のまま（電気的に絶縁された状態のまま）検出し、その電流変化を電気信号として他方の電気回路系へ伝達するものであり、簡素な構成でありながら優れた動作信頼性を有するものとして注目されている。

特表２００３−５２６０８３号公報

ところが、特許文献１の信号伝達装置では、入力側の信号導線に流れる電流の向きを反転させることにより磁気抵抗効果素子の抵抗変化を生じさせている。このため、入力信号導線に流れる電流の方向を反転させるための回路が必要となり、全体構成の小型化を妨げる要因となっている。そのうえ、電流方向の反転のない期間は外部からのノイズ（不要な磁界）に対する磁気的な耐性が低く、信号伝達装置の誤動作を招くおそれがある。

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、より簡素な構成でありながら、動作信頼性に優れる信号伝達装置を提供することにある。

本発明の第１の信号伝達装置は、入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に、入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子とを備え、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場が、磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようにしたものである。ここで、「バイアス磁場およびセルフバイアス磁場が、磁化自由層に対して同じ方向に印加される」とは、例えばバイアス磁場のベクトルが、セルフバイアス磁場のベクトルと平行なベクトル成分（以下、「平行ベクトル成分」という。）を主に含むという意味である。「平行ベクトル成分を主に含む」とは、バイアス磁場のベクトルに含まれる平行ベクトル成分が、セルフバイアス磁場のベクトルと直交するベクトル成分よりも大きい状態を意味する。すなわち、バイアス磁場のベクトルと、セルフバイアス磁場のベクトルとのなす角度が４５°未満であればよい。

本発明の第２の信号伝達装置は、入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層をそれぞれ含み、それぞれの磁化自由層に印加される入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて互いに逆方向の抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子と、第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に応じて出力信号を出力する差分検出器とを備え、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場が、磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようにしたものである。

本発明の第３の信号伝達装置は、入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に、入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層をそれぞれ含む第１から第４の磁気抵抗効果素子と、差分検出器とを備えるものである。ここで、第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、第１の磁気抵抗効果素子の他端と第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、第２の磁気抵抗効果素子の他端と第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、それぞれの磁化自由層に印加される入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、第２および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、それぞれの磁化自由層に印加される入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とは反対向きに変化する。差分検出器により、第３の接続点と第４の接続点との間に電圧が印加されたときの第１の接続点と第２の接続点の間の電位差が検出される。バイアス磁場およびセルフバイアス磁場は、磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている。

本発明の第１から第３の信号伝達装置では、バイアス導線を設けるようにしたので、入力信号電流が零、もしくは極めて零に近い場合であっても、バイアス導線から所定のバイアス磁場を各磁気抵抗効果素子に対して付与しておくことにより、外部からのノイズに対する各磁気抵抗効果素子の磁気的な耐性が高まる。さらに、磁気抵抗効果素子は、入力信号電流が流れないオフ状態と、入力信号電流が流れたオン状態とのそれぞれに対応した抵抗値を示すこととなる。したがって、入力信号電流の方向の反転操作を行うことなく磁気抵抗効果素子が安定して２つの抵抗値を出力するので、そのような電流方向を反転させるための回路が不要となり、全体構成の小型化に有利となる。そのうえ、磁気抵抗効果素子を流れるセンシング電流によって、磁化自由層に対してバイアス磁場と同じ方向のセルフバイアス磁場が印加されるようにしたので、このセルフバイアス磁場がバイアス磁場と同様の機能を発揮することとなる。

本発明の第１から第３の信号伝達装置では、バイアス導線と各磁気抵抗効果素子とが直列接続され、バイアス電流がセンシング電流として磁気抵抗効果素子に供給されるようにするとよい。駆動時の低消費電力化と共に、全体構成の簡素化に有利となるからである。

また、本発明の第１から第３の信号伝達装置では、磁化自由層に対する入力信号磁場の印加方向が、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場の印加方向と逆向きとなっているとよい。この場合、磁気抵抗効果素子から、入力信号電流が流れない状態（オフ状態）において負の出力が得られる一方、入力信号電流が流れた状態（オン状態）において正の出力が得られるので、より正確な出力信号が安定して得られやすくなるからである。

また、本発明の第１から第３の信号伝達装置では、バイアス導線の幅は、磁気抵抗効果素子の幅と異なっているとよい。それらをパターニングによって形成する場合、各々の寸法精度を向上させるのに有利な構造であるからである。特に、バイアス導線の幅が、磁気抵抗効果素子の幅よりも大きくなると、磁気抵抗効果素子に対し、その幅方向においてより均質なバイアス磁場が及ぶ。一方、バイアス導線の幅が、磁気抵抗効果素子の幅よりも小さくなると、磁気抵抗効果素子に対し、より高いピーク値を有するバイアス磁場が及ぶ。

また、本発明の第１から第３の信号伝達装置では、バイアス導線が膜面に沿って巻回する薄膜コイルからなり、磁気抵抗効果素子が、バイアス導線に沿って延在する複数の素子パターンからなるようにすることが望ましい。磁気抵抗効果素子に対してより効果的にバイアス磁場が及ぶと共に、バイアス磁場に対する磁気抵抗効果素子の感度がより向上するからである。

また、本発明の第１から第３の信号伝達装置では、入力信号導線、バイアス導線、および磁気抵抗効果素子が、それらの厚み方向において互いに重なり合うように積層されているとよい。全体構成がコンパクト化されると共に、高効率な信号伝達に有利なものとなるからである。

本発明の第１から第３の信号伝達装置によれば、バイアス導線を設けるようにしたので、駆動時において各磁気抵抗効果素子に対し所定のバイアス磁場を付与しておくことにより、外部からのノイズによる誤動作を抑制し、動作安定性を向上させることができる。さらに、各磁気抵抗効果素子の磁化自由層に及ぶバイアス磁場およびセルフバイアス磁場の印加方向を同じ方向としたので、より小さなバイアス電流であっても各磁気抵抗効果素子に対して必要なバイアス磁場を付与することができる。この結果、信号伝達処理時における消費電力の低減を図ることができる。

また、本発明の第１から第３の信号伝達装置によれば、特にバイアス導線と各磁気抵抗効果素子とを直列接続し、バイアス電流をセンシング電流として各磁気抵抗効果素子に供給するようにすれば、電源を共有することができるので、駆動時における消費電力の低減と、全体構成の簡素化とを実現することができる。なお、磁気抵抗効果素子の近傍に、バイアス導線の代わりに永久磁石を配置することによりバイアス磁場を発生させる方法も考えられるが、所定の大きさのバイアス磁場を得るには永久磁石の寸法をある程度大きくする必要があることから、全体構成の簡素化を図るうえで好ましくない。

本発明の一実施の形態としての信号伝達装置の構成を表す斜視図である。 図１に示した信号伝達装置のIIA−IIA線およびIIB−IIB線に沿った構成を表す要部断面図である。 図１に示した信号伝達装置の回路図である。 図１に示した検出回路におけるＭＲ素子の詳細な構成を表す分解斜視図である。 図１に示した検出回路の動作点を説明するための特性図である。 図１に示した信号伝達装置において、ＭＲ素子におよぶ磁場の向きを説明するための説明図である。 図１に示した信号伝達装置において、ＭＲ素子におよぶ磁場の向きを説明するための他の説明図である。 図１に示したＭＲ素子におけるセンシング電流とセルフバイアス磁場との関係を表す特性図である（実験例１）。 図１に示したバイアスコイルが発生するバイアス磁場の強度分布を表す特性図である（実験例２）。 図１に示した信号伝達装置における、バイアスコイルの幅とＭＲ素子に及ぶバイアス磁場との関係を表す特性図である（実験例３）。 図１に示した信号伝達装置における、バイアスコイルの幅とＭＲ素子に及ぶバイアス磁場との関係を表す他の特性図である（実験例４）。 図１に示した信号伝達装置における、バイアスコイルとＭＲ素子との厚み方向の距離とバイアス磁場Ｈｂとの関係を表す特性図である（実験例５）。 図１に示した信号伝達装置における、入力信号電流Ｉｍと電位差Ｖdiffとの関係を表す特性図である（実験例６）。 本発明の第１の変形例としての信号伝達装置の回路図である。 本発明の第２の変形例としての信号伝達装置の回路図である。 本発明の第３の変形例としての信号伝達装置において、ＭＲ素子におよぶ磁場の向きを説明するための説明図である。

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。

最初に、図１および図２を参照して、本発明における一実施の形態としての信号伝達装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態の信号伝達装置の斜視構成を表すものである。図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、それぞれ、図１に示した信号伝達装置のIIA−IIA切断線、またはIIB−IIB切断線に沿った矢視方向（−Ｘ方向）の断面構成を拡大して表すものである。この信号伝達装置は、ある電気回路からの信号を、電気的に非接触な状態を維持しつつ他の電気回路へ伝達するデバイスである。この信号伝達装置は、必要な信号を伝達しつつノイズを遮断するのに有効な手段である。

この信号伝達装置は、基体１上にプライマリコイル１０を含む第１の階層Ｌ１と、検出回路２０を含む第２の階層Ｌ２と、バイアスコイル３０を含む第３の階層Ｌ３とが順に積層された積層構造を有している。基体１は、信号伝達装置全体を支持する矩形状の基板であり、例えば、ガラス、硅素（Ｓｉ）または酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などによって構成されるものである。なお、図２（Ａ），２（Ｂ）に示したように、基体１を覆うように、例えば酸化硅素（ＳｉＯ₂ ）などの絶縁層２を設けるようにしてもよい。

プライマリコイル１０およびバイアスコイル３０は、いずれも、例えば銅（Ｃｕ）などの高い導電率の金属材料からなる薄膜が積層面内において巻回してなる一本の薄膜導線である。なお、プライマリコイル１０およびバイアスコイル３０の巻回数（ターン数）は図１に示したものに限定されない。

プライマリコイル１０は、２つの端子１０Ｓ，１０Ｅを両端に備え、巻回中心側の端子１０Ｓから巻回外周側の端子１０Ｅへ向けて、第２の階層Ｌ２の側から眺めた場合に例えば反時計回りに巻回している。

プライマリコイル１０は、一対の直線領域１０Ｌと、それらを繋ぐように設けられた一対の曲線領域１０Ｒとを有している。直線領域１０Ｌは、例えばＸ軸方向へ各々直線状に延在すると共にＹ軸方向において所定の間隔で配置された複数の直線部分１１を含んでいる。一方、曲線領域１０Ｒは、それら複数の直線部分１１とそれぞれ繋がる曲線状をなす複数の曲線部分１２を含んでいる。ここで、複数の直線部分１１は、各々の断面積が長手方向（Ｘ軸方向）において均一であることが望ましい。さらに、複数の直線部分１１は、互いの断面積が等しく、かつ、互いに等間隔で配列されていることが望ましい。このようなプライマリコイル１０では、端子１０Ｓから端子１０Ｅへ向けて入力信号電流Ｉｍ（後出）が流れることにより、その周囲に入力信号磁場Ｈｍ（後出）が生じるようになっている。

バイアスコイル３０は、２つの端子３０Ｓ，３０Ｅを両端に備え、巻回中心側の端子３０Ｓから巻回外周側の端子３０Ｅへ向けて、第２の階層Ｌ２の側から眺めた場合に例えば時計回りに巻回している。バイアスコイル３０は、プライマリコイル１０における複数の直線部分１１に沿って延在する直線部分３１（３１Ａ〜３１Ｄ）を含んでいる。このようなバイアスコイル３０では、端子３０Ｓからバイアス電流Ｉｂ（後出）が供給されることにより、その周囲にバイアス磁場Ｈｂ（後出）が生じるようになっている。

検出回路２０は、４つの磁気抵抗効果（ＭＲ：magneto-resistive effect）素子２１（２１Ａ〜２１Ｄ）がブリッジ接続されたブリッジ回路である。各ＭＲ素子２１（２１Ａ〜２１Ｄ）は、それぞれ、プライマリコイル１０における直線部分１１、およびバイアスコイル３０における直線部分３１（３１Ａ〜３１Ｄ）に沿って延在する帯状の薄膜パターンである。ここで、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれ、直線部分３１Ａ〜３１Ｄと１対１の対応関係となっている。すなわち、図２（Ａ）に示したように、ＭＲ素子２１Ａは直線部分３１Ａと積層方向（Ｚ軸方向）において重なり合う位置にあり、ＭＲ素子２１Ｃは直線部分３１Ｃと積層方向において重なり合う位置にある。同様に、図２（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子２１Ｂは直線部分３１Ｂと積層方向（Ｚ軸方向）において重なり合う位置にあり、ＭＲ素子２１Ｄは直線部分３１Ｄと積層方向において重なり合う位置にある。ＭＲ素子２１は、プライマリコイル１０およびバイアスコイル３０と上記のような位置関係にあることにより、プライマリコイル１０からの入力信号磁場Ｈｍおよびバイアスコイル３０からのバイアス磁場Ｈｂの影響を受けることとなる。さらに、ＭＲ素子２１には、センシング電流Ｉ（Ｉ１，Ｉ２）が供給され、自らの延在方向に流れるようになっている。ＭＲ素子２１では、センシング電流Ｉ１，Ｉ２が流れることにより、自らの周囲を周回するセルフバイアス磁場Ｈsb（後出）が生じるようになっている。

また、各ＭＲ素子２１の幅（Ｙ軸方向の寸法）は、いずれも、直線部分３１の幅と異なっていることが望ましい。ＭＲ素子２１および直線部分３１を形成する際に、その平面形状を高精度に加工しやすくなるからである。図２（Ａ），２（Ｂ）に示したように、直線部分３１の幅が、ＭＲ素子２１の幅よりも大きくなると、ＭＲ素子２１に対して印加されるバイアス磁場Ｈｂの大きさが、幅方向においてより均質化される。一方、直線部分３１の幅が、ＭＲ素子２１の幅よりも小さくなると、ＭＲ素子２１に対して印加されるバイアス磁場Ｈｂのピーク値がより向上する。

検出回路２０は、図３に示したように、第１の差動出力端子としての接続点Ｐ１、第２の差動出力端子としての接続点Ｐ２、バイアスコイル接続端子としての接続点Ｐ３、およびグランド端子としての接続点Ｐ４を有している。ＭＲ素子２１ＡおよびＭＲ素子２１Ｂの一端同士が接続点Ｐ１において接続され、ＭＲ素子２１ＣおよびＭＲ素子２１Ｄの一端同士が接続点Ｐ２において接続され、ＭＲ素子２１Ａの他端とＭＲ素子２１Ｄの他端とが接続点Ｐ３において接続され、ＭＲ素子２１Ｂの他端とＭＲ素子２１Ｃの他端とが接続点Ｐ４において接続されることによりブリッジ回路が形成されている。各接続点Ｐ１〜Ｐ４は、銅などの高導電率を有する非磁性材料によって構成された薄膜パターンである。

また、図２（Ａ），２（Ｂ）に示したように、プライマリコイル１０，検出回路２０，バイアスコイル３０は、第１〜第３の階層Ｌ１〜Ｌ３の各々おいて、Ａｌ₂ Ｏ₃ などからなる絶縁膜Ｚ１〜Ｚ３によってそれぞれ覆われており、互いに電気的に絶縁されている。但し、接続点Ｐ３は、図示しないスルーホールにより、バイアスコイル３０の端子３０Ｅと電気的に接続されている。

ＭＲ素子２１では、印加される入力信号磁場Ｈｍ、バイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの向きおよび大きさに応じてそれ自身の抵抗値に変化が生じる。具体的には、ＭＲ素子２１ＡおよびＭＲ素子２１Ｃの各抵抗値は、入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場に応じて互いに同じ向きに変化する。ＭＲ素子２１ＢおよびＭＲ素子２１Ｄの抵抗値は、いずれも、入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場に応じてＭＲ素子２１ＡおよびＭＲ素子２１Ｃの抵抗値とは反対向きに変化する。すなわち、ＭＲ素子２１Ａ，２１Ｃの抵抗値が仮に増加したとすれば、ＭＲ素子２１Ｂ，２１Ｄの抵抗値は減少するという関係となっている。ＭＲ素子２１の詳細な構成については後述する。

次に、図３を参照して、図１に示した信号伝達装置の回路構成について説明する。

プライマリコイル１０は、バイアスコイル３０および検出回路２０と電気的に絶縁されている。プライマリコイル１０の端子１０Ｓは、抵抗Ｒ１を介して電源Ｖdd1に接続されている。なお、抵抗Ｒ１は、プライマリコイル１０へ流す電流を制限するためのものであり、必要に応じて設けるようにすればよい。また、プライマリコイル１０の端子１０Ｅは、例えばエミッタ接地型のトランジスタＴｒ１のコレクタ端子に接続されており、トランジスタＴｒ１のエミッタ端子がグランドＧＮＤ１に接地されている。トランジスタＴｒ１のベース端子には、入力信号ＳＩＧが入力されるようになっている。このような構成により、プライマリコイル１０においては、入力信号ＳＩＧに応じて入力信号電流Ｉｍが矢印の方向へ流れることとなる。

バイアスコイル３０のうち、一方の端子３０Ｓは電源Ｖdd2に接続されている。他方の端子３０Ｅは、上述したように接続点Ｐ３において検出回路２０と接続されている。これにより、バイアスコイル３０を流れたバイアス電流Ｉｂが、そののちセンシング電流として検出回路２０を流れるようになっている。バイアス電流Ｉｂは、接続点Ｐ３において分流し、センシング電流Ｉ１，Ｉ２となる。センシング電流Ｉ１は、ＭＲ素子２１Ａを通過したのち接続点Ｐ１を経由してＭＲ２１Ｂへ向かい、さらにＭＲ２１Ｂを通過したのち接続点Ｐ４へ至る。一方のセンシング電流Ｉ２は、ＭＲ素子２１Ｄを通過したのち接続点Ｐ２を経由してＭＲ２１Ｃへ向かい、さらにＭＲ２１Ｃを通過したのち接続点Ｐ４へ至り、そこでセンシング電流Ｉ１と合流する。このように、センシング電流Ｉ１，Ｉ２は、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄを通過する際、バイアスコイル３０の直線部分３１Ａ〜３１Ｄを流れるバイアス電流Iｂに沿って流れるようになっている。なお、図３において、矩形で表示したＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄの内部の矢印は、センシング電流Ｉ１，Ｉ２の流れる向きを表す。

さらに、この信号伝達装置では、図３に示したようにＭＲ素子２１ＡとＭＲ素子２１Ｂとの中点である接続点Ｐ１と、ＭＲ素子２１ＣとＭＲ素子２１Ｄとの中点である接続点Ｐ２とがそれぞれコンパレータＣＯＭＰに接続されている。コンパレータＣＯＭＰは、接続点Ｐ１の電位と接続点Ｐ２の電位との差分（電位差）Ｖdiffを演算し、その値に応じた信号を出力するものである。詳細には、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth1以下の場合にローレベルの信号を出力し、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth2以上の場合にハイレベルの信号を出力するように構成されている。すなわち、コンパレータＣＯＭＰは、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄの抵抗値に応じて出力信号ＯＵＴを出力する出力回路として機能する。例えば、ＭＲ素子２１ＡとＭＲ素子２１Ｂとの接続点Ｐ１がコンパレータＣＯＭＰの非反転入力端子に接続され、ＭＲ素子２１ＣとＭＲ素子２１Ｄとの接続点Ｐ２がコンパレータＣＯＭＰの反転入力端子に接続される。また、コンパレータＣＯＭＰの電源端子は電源Ｖdd2に接続され、コンパレータＣＯＭＰのグランド端子はグランドＧＮＤ２に接地されている。さらに、コンパレータＣＯＭＰの出力端子は、エミッタ接地型のトランジスタＴｒ２のベース端子に接続されている。トランジスタＴｒ２において、そのエミッタ端子はグランドＧＮＤ２に接続し、そのコレクタ端子は出力信号ＯＵＴが出力される出力端子となっている。トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖdd2にも接続されている。さらに、グランドＧＮＤ２には、ＭＲ素子２１ＢとＭＲ素子２１Ｃとの接続点Ｐ４も接続されている。

次に、図４（Ａ），４（Ｂ）を参照して、ＭＲ素子２１の構成について、より詳しく説明する。図３は、ＭＲ素子２１の構成を分解して表す分解斜視図である。なお、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄは全て同様の構成を有しているので、まとめて説明する。

ＭＲ素子２１はスピンバルブ構造をなすものであり、図４（Ａ）に示したように、例えば＋Ｙ方向に固着された磁化Ｊ６１を有する固着層６１と、特定の磁化を示さない非磁性の中間層６２と、入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場の大きさや向きに応じて磁化Ｊ６３が変化する自由層６３とが順に積層された構造となっている。自由層６３の磁化容易軸ＡＥ６３はＸ軸と平行であるとよい。なお、図４（Ａ）は、入力信号磁場Ｈｍやバイアス磁場Ｈｂなどを印加しない無負荷状態（すなわち、外部磁場が零の状態）を示している。この場合には、自由層６３の磁化方向Ｊ６３は、自らの磁化容易軸ＡＥ６３と平行をなし、かつ、固着層６１の磁化Ｊ６１とほぼ直交する状態となっている。

自由層６３は、ニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）などの軟磁性材料により構成されている。中間層６２は、銅（Ｃｕ）により構成され、上面が固着層６１と接すると共に下面が自由層６３と接している。中間層６２は、銅のほか、金（Ａｕ）などの導電率の高い非磁性金属により構成することができる。中間層６２は、センシング電流I１，I２の大部分が流れるパスラインとしても機能する。なお、固着層６１の上面（中間層６２と反対側の面）および自由層６３の下面（中間層６２と反対側の面）は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されていてもよい。また、固着層６１と自由層６３との間には磁化方向Ｊ６１における交換バイアス磁界Ｈin（以下、単に「交換バイアス磁界Ｈin」と記す。）が生じており、中間層６２を介して互いに作用し合っている。交換バイアス磁界Ｈinの強度は、固着層６１と自由層６３との相互間隔（すなわち中間層６２の厚み）に応じて自由層６３のスピン方向が回転することにより変化する。したがって、交換バイアス磁界Ｈinを見かけ上、零とすることもできる。また、図４（Ａ）では、下から自由層６３、中間層６２、固着層６１の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で構成するようにしてもよい。

図４（Ｂ）に、固着層６１の詳細な構成を示す。固着層６１は、例えば中間層６２の側から磁化固定膜６４と反強磁性膜６５と保護膜６６とが順に積層された構成となっている。磁化固定膜６４はコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料によって構成されており、この磁化固定膜６４の示す磁化の向きが固着層６１全体としての磁化Ｊ６１の向きとなる。一方、反強磁性膜６５は、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）やイリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜６５は、＋Ｘ方向のスピン磁気モーメントと、それとは反対方向（−Ｘ方向）のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜６４の磁化の向き（すなわち、固着層６１の磁化Ｊ６１の向き）を固定するように作用している。保護膜６６は、タンタル（Ｔａ）やハフニウム（Ｈｆ）などの比較的化学的に安定な非磁性材料からなり、磁化固定膜６４や反強磁性膜６５などを保護するものである。

以上のような構造を有するＭＲ素子２１では、入力信号磁場Ｈｍ、バイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの印加により自由層６３の磁化Ｊ６３が回転し、それによって磁化Ｊ６３と磁化Ｊ６１との相対角度が変化する。その相対角度は、入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場の大きさや向きによって決まるものである。すなわち、ＭＲ素子２１に対し、入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場の、磁化Ｊ６１と平行または逆平行な成分（＋Ｙ方向または−Ｙ方向の成分）が付与されると、図４（Ａ）に示した無負荷状態から磁化Ｊ６３の向きが＋Ｙ方向または−Ｙ方向へ傾き、ＭＲ素子２１の抵抗値の増減が生じる。より具体的には、＋Ｙ方向へ入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場が付与されると磁化Ｊ６３は＋Ｙ方向に傾き、磁化Ｊ６１と平行な状態に近づくのでＭＲ素子２１の抵抗値は減少する。反対に、−Ｙ方向へ入力信号磁場Ｈｍなどの印加磁場が付与されると磁化Ｊ６３は−Ｙ方向に傾き、磁化Ｊ６１と逆平行な状態に近づくのでＭＲ素子２１の抵抗値は増大する。

次に、図１〜図４に加え、図５、図６（Ａ），６（Ｂ）および図７（Ａ），７（Ｂ）を参照して、この信号伝達装置の動作について説明する。

図５は、検出回路２０の動作点を説明するための特性図であり、横軸がプライマリコイル１０を流れる入力信号電流Ｉｍの大きさを示し、縦軸が検出回路２０からの出力信号ＯＵＴの大きさを表す。図５における実線は、バイアスコイル３０に一定のバイアス電流Ｉｂを流し、検出回路２０にセンシング電流Ｉ１，Ｉ２を流した場合の、入力信号電流Ｉｍの変化に対する出力（電位差Ｖdiff）の変化を表す。一方、図５における破線は、実線はバイアスコイル３０にバイアス電流Ｉｂを流すことなく、検出回路２０のみにセンシング電流Ｉ１，Ｉ２を流すと仮定した場合の、入力信号電流Ｉｍの変化に対する出力（電位差Ｖdiff）の変化を表す。なお、ここでは、信号伝達装置を駆動する場合には一定のバイアス電流Ｉｂ（およびセンシング電流Ｉ１，Ｉ２）を常に供給することを前提とする。また、図５においてＶth1，Ｖth2は、コンパレータＣＯＭＰが出力動作を行うか否かのしきい値を表す。

また、図６（Ａ），６（Ｂ）および図７（Ａ），７（Ｂ）は、ぞれぞれ、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄの近傍を拡大して表す図２（Ａ），２（Ｂ）に対応した概略断面図であり、電流の流れる方向と、ＭＲ素子２１Ａ〜２１Ｄに及ぶ磁場の向きとの関係を簡略化して模式的に表すものである。

まず、プライマリコイル１０に流れる入力信号電流Ｉｍが零（ゼロ）、すなわち、入力信号ＳＩＧの論理値が「０」である状態を説明する。このときは、図５に示したように、検出回路の動作点は符号ＤＰ１の位置にあり、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth1よりも小さい値となるようにバイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの大きさが調整されている。この状態に対応する電流の流れる方向と、その電流によって生ずる磁場の方向との関係を図６（Ａ），６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）はＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）およびその近傍の様子を表し、図６（Ｂ）はＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）およびその近傍の様子を表す。この状態では、ＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）および直線部分３１Ｂ（３１Ｄ）においては、−Ｘ方向（紙面奥から手前へ）向かうようにセンシング電流Ｉ１（Ｉ２）およびバイアス電流Ｉｂが流れる（図６（Ａ））。その結果、ＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）の中間層６２を中心としたセルフバイアス磁場Ｈsbが発生すると共に、バイアスコイル３０の直線部分３１Ｂ（３１Ｄ）を中心としたバイアス磁場Ｈｂが発生する。ここで、ＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）の磁化自由層６３に対しては、セルフバイアス磁場Ｈsbおよびバイアス磁場Ｈｂが互いに同じ方向（＋Ｙ方向）に及ぶようになっている。一方、ＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）および直線部分３１Ａ（３１Ｃ）においては、＋Ｘ方向（紙面手前から奥へ）向かうようにセンシング電流Ｉ１（Ｉ２）およびバイアス電流Ｉｂが流れる（図６（Ｂ））。その結果、ＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）の中間層６２を中心としたセルフバイアス磁場Ｈsbが発生すると共に、バイアスコイル３０の直線部分３１Ａ（３１Ｃ）を中心としたバイアス磁場Ｈｂが発生する。ここで、ＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）の磁化自由層６３に対しては、セルフバイアス磁場Ｈsbおよびバイアス磁場Ｈｂが互いに同じ方向（−Ｙ方向）に及ぶようになっている。

次に、プライマリコイル１０に流れる入力信号電流ＩｍがＩON、すなわち、入力信号ＳＩＧの論理値が「１」である状態を説明する。このときは、図５に示したように、検出回路の動作点は符号ＤＰ２の位置にあり、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth2よりも大きな値となるようにバイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの大きさが調整されている。この状態に対応する電流の流れる方向と、その電流によって生ずる磁場の方向との関係を図７（Ａ），７（Ｂ）に示す。図７（Ａ）はＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）およびその近傍の様子を表し、図７（Ｂ）はＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）およびその近傍の様子を表す。この状態では、ＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）の近傍のプライマリコイル１０の直線部分１１においては、−Ｘ方向（紙面奥から手前へ）向かうように入力信号電流Ｉｍが流れる。このため、ＭＲ素子２１Ｂ（２１Ｄ）の磁化自由層６３に対しては、セルフバイアス磁場Ｈsbおよびバイアス磁場Ｈｂとは逆方向（−Ｙ方向）の入力信号磁場Ｈｍが及ぶこととなる（図７（Ａ））。一方、ＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）の近傍のプライマリコイル１０の直線部分１１においては、＋Ｘ方向（紙面手前から奥へ）向かうように入力信号電流Ｉｍが流れる。このため、ＭＲ素子２１Ａ（２１Ｃ）の磁化自由層６３に対しては、セルフバイアス磁場Ｈsbおよびバイアス磁場Ｈｂとは逆方向（＋Ｙ方向）の入力信号磁場Ｈｍが及ぶこととなる（図７（Ｂ））。

このように、本実施の形態の信号伝達装置では、積層断面（ＹＺ平面）における中間層６２，磁化自由層６３および直線部分３１Ａ〜３１Ｄの位置関係と、バイアス電流Ｉｂおよびセンシング電流Ｉ１，Ｉ２の向きとの適切な選択により、バイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbが、磁化自由層６３に対して同一方向に印加されるようになっている。

なお、入力信号電流ＩｍをＩONの半分の値（Ｉｍ＝ＩON／２）とすると、電位差Ｖdiff＝０となるときの動作点が符号ＤＰ３の位置となるので、すなわち、しきい値Ｖth1としきい値Ｖth2との中間に位置するので、コンパレータＣＯＭＰの誤判定を回避するうえで最も好ましい状態となる。

入力信号ＳＩＧの論理値が「０」のときには、トランジスタＴｒ１のベース電位はローレベルとなり、トランジスタＴｒ１はオフ状態となるのでプライマリコイル１０には入力信号電流Ｉｍが流れない（Ｉｍ＝０）。よって、入力信号磁場Ｈｍも発生しない。上述したように、入力信号磁場Ｈｍが存在しない場合には、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth1よりも小さい値となるようにバイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの大きさが調整されている。このため、コンパレータＣＯＭＰの出力値はローレベルとなる。よって、トランジスタＴｒ２のベース電位はローレベルとなるのでトランジスタＴｒ２はオフ状態となり、そのコレクタ電位はハイレベルとなる。その結果、出力信号ＯＵＴの論理値はハイレベルとなる。

一方、入力信号ＳＩＧの論理値が「１」のときには、トランジスタＴｒ１のベース電位はハイレベルとなり、トランジスタＴｒ１はオン状態となるのでプライマリコイル１０に入力信号電流Ｉｍ（Ｉｍ＝ＩON）が流れる。よって、入力信号磁場Ｈｍが発生する。上述したように、入力信号磁場Ｈｍが発生する場合には、電位差Ｖdiffがしきい値Ｖth2よりも大きな値となるようにバイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの大きさが調整されている。このため、コンパレータＣＯＭＰの出力値はハイレベルとなる。よって、トランジスタＴｒ２のベース電位はハイレベルとなるのでトランジスタＴｒ２はオン状態となり、そのコレクタ電位はローレベルとなる。その結果、出力信号ＯＵＴの論理値はローレベルとなる。

このように、入力信号ＳＩＧの論理値に対応して、出力信号ＯＵＴの論理値がハイレベルまたはローレベルとなる。すなわち、互いに絶縁された電気回路間の信号伝達を非接触で行うことができる。

本実施の形態の信号伝達装置によれば、バイアスコイル３０を設けるようにしたので、入力信号電流Ｉｍが零、もしくは極めて零に近い場合であっても、バイアスコイル３０から所定のバイアス磁場Ｈｂを各ＭＲ素子２１に対して付与しておくことにより、外部からのノイズに対する各ＭＲ素子２１の磁気的な耐性を高めることができる。すなわち、外部からのノイズによる検出回路２０の誤動作を抑制し、動作安定性を向上させることができる。さらに、各ＭＲ素子２１は、入力信号電流Ｉｍが零（Ｉｍ＝０）であるオフ状態と、所定の入力信号電流Ｉｍ（＝ＩON）が流れたオン状態とのそれぞれに対応した抵抗値を示すこととなる。したがって、入力信号電流Ｉｍの方向の反転操作を行うことなく各ＭＲ素子２１が安定して２つの抵抗値を出力するので、そのような電流方向を反転させるための回路が必要となり、全体構成の小型化に有利となる。

そのうえ、ＭＲ素子２１を流れるセンシング電流Ｉ１，Ｉ２によって、磁化自由層６３に対してバイアス磁場Ｈｂと同じ方向のセルフバイアス磁場Ｈsbを印加するようにしたので、このセルフバイアス磁場Ｈsbがバイアス磁場Ｈｂと同様の機能を発揮することとなる。すなわち、各ＭＲ素子２１が必要とするバイアス磁場Ｈｂを低減することができるので、バイアス電流Ｉｂをより小さくすることができる。この結果、駆動時における消費電力の低減を図ることができる。

また、バイアスコイル３０とＭＲ素子２１とを直列接続し、バイアス電流Ｉｂをセンシング電流Ｉ１，Ｉ２としてＭＲ素子２１へ供給するようにした。これにより電源Ｖdd2を共有することができ、駆動時のさらなる低消費電力化と共に全体構成の簡素化を図ることができる。

また、磁化自由層６３に対する入力信号磁場Ｈｍの印加方向が、バイアス磁場Ｈｂおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの印加方向と逆向きとなるように設定した。このため、各ＭＲ素子２１から、入力信号電流Ｉｍが流れない状態（オフ状態）において負の出力が得られる一方、入力信号電流が流れた状態（オン状態）において正の出力が得られる。よって、より正確な出力信号を安定して得ることが容易となる。

本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。

（実験例１）
本実験例では、図１などに示した信号伝達装置におけるＭＲ素子２１に供給されるセンシング電流Iと、それによって発生するセルフバイアス磁場Ｈsbとの関係について調査した。その結果を図８に示す。図８においては、横軸がＭＲ素子２１に供給するセンシング電流Ｉ（ｍＡ）を表し、縦軸がセルフバイアス磁場Ｈsbを表す。なお、横軸および縦軸における正負の符号は、センシング電流Iの向きおよびセルフバイアス磁場Ｈsbの向きを表す。ここでは、固着層６１をコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）によって２ｎｍの厚さで形成し、中間層６２を銅（Ｃｕ）によって２ｎｍの厚さで形成し、磁化自由層６３をニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ）によって３ｎｍの厚さで形成した。また、ＭＲ素子２１の平面の寸法（幅×長さ）を３×１２９μｍとした。図８に示したように、センシング電流Iの増加に伴い、セルフバイアス磁場Ｈsbも増加する傾向が確認できた。

（実験例２）
次に、図１などに示した信号伝達装置におけるバイアスコイル３０が発生するバイアス磁場Ｈｂの分布について調査した。具体的には、バイアスコイル３０における２つの直線部分３１が、幅方向における互いの中心位置同士の間隔が１２μｍとなるように配置された状態で、幅方向においてどのような強度分布のバイアス磁場Ｈｂを発生するのかについて調査した。その結果を図９（Ａ），９（Ｂ）に示す。図９（Ａ），９（Ｂ）においては、横軸がバイアスコイル３０の幅方向の寸法を表し、縦軸がバイアス磁場Ｈｂを表す。なお、横軸において、２つの直線部分３１の中間点を零（０）位置とした。図９（Ａ）は直線部分３１の幅を４μｍとした場合の結果であり、図９（Ｂ）は直線部分３１の幅を６μｍとした場合の結果である。いずれの場合も、直線部分３１の厚さを１μｍ、ＭＲ素子２１との厚み方向の距離を０．３μｍ、バイアス電流Ｉｂを９．６９ｍＡ、ＭＲ素子２１の幅を５μｍとした。また、幅方向における直線部分３１の中心位置とＭＲ素子２１の中心位置とを揃えるようにした。図９（Ａ），９（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子２１よりも直線部分３１の幅が狭い場合（図９（Ａ））には、比較的急峻なピークが観察され、バイアス磁場Ｈｂの最大値が比較的大きくなることがわかった。一方、ＭＲ素子２１よりも直線部分３１の幅が広い場合（図９（Ｂ））には、バイアス磁場Ｈｂの最大値が図９（Ａ）よりも小さくなるものの、ＭＲ素子２１に及ぶバイアス磁場Ｈｂが幅方向においてより均質化されることがわかった。

（実験例３）
次に、バイアスコイル３０の直線部分３１の幅と、ＭＲ素子２１に及ぶバイアス磁界Ｈｂとの関係を調査した。ここでは、ＭＲ素子２１の幅を３μｍとすると共にバイアスコイル３０の直線部分３１の幅を変化させたことを除き、他の条件は上記実験例２と同様にした。その結果を図１０に示す。図１０においては、横軸がバイアスコイルの幅を表し、縦軸がバイアス磁場Ｈｂを表す。なお、図９（Ａ），９（Ｂ）に示したように、ＭＲ素子２１に及ぶバイアス磁場Ｈｂの大きさは、その幅方向に位置によって差があるので、図１０では、いずれの水準においても平均値（■で表示）、最大値（●で表示）、最小値（▲で表示）の３つの数値を示した。

図１０に示したように、直線部分３１の幅を増大させるに従い、バイアス磁場Ｈｂの平均値、最大値および最小値がほぼ一定の値に収束する傾向がみられた。特に、直線部分３１の幅がＭＲ素子２１の幅の２倍になると、ＭＲ素子２１に対してその幅方向によらず、ほぼ一定の大きさのバイアス磁場Ｈｂが及ぶことがわかった。なお、図１０に示した範囲では、直線部分３１の幅を変化させても、ＭＲ素子２１に及ぶ最小のバイアス磁場Ｈｂはそれほど変化しなかった。

（実験例４）
次に、ＭＲ素子２１の幅とバイアスコイル３０の直線部分３１の幅との比率によるバイアス磁場Ｈｂの変化について調査した。ここでは、ＭＲ素子２１の幅を５μｍとしたことを除き、他の条件は上記実験例３と同様にした。その結果を実験例３の結果と共に図１１に示す。図１１においては、横軸がＭＲ素子２１の幅に対する直線部分３１の幅の比、すなわち幅方向の寸法比を表し、縦軸がＭＲ素子２１に及ぶ最小のバイアス磁場Ｈｂを表す。図１１に示したように、幅方向の寸法比が１．１〜１．５の範囲において、最小のバイアス磁場Ｈｂがより向上することがわかった。

（実験例５）
次に、バイアスコイル３０とＭＲ素子２１との厚み方向の距離がバイアス磁場Ｈｂにどのように影響するのかについて調査した。ここでは、バイアスコイル３０とＭＲ素子２１〜２４との厚み方向の距離を０．１μｍとしたことを除き、他の条件は上記実験例３と同様にした。その結果を実験例３の結果と共に図１２に示す。図１２においては、横軸がバイアスコイル３０の直線部分３１の幅を表し、縦軸がＭＲ素子２１に及ぶ最小のバイアス磁場Ｈｂを表す。図１２に示したように、厚み方向の距離が小さくなるほど、バイアスコイル３０の幅によって最小のバイアス磁場Ｈｂがより大きく変化することがわかった。

（実験例６）
次に、図１などに示した信号伝達装置において、プライマリコイル１０に流れる入力信号電流Ｉｍと、検出回路２０から出力される電位差Ｖdiffとの関係について調査した。ここでは、ＭＲ素子２１の幅を３μｍ、長さを１２３μｍとし、バイアスコイル３０の直線部分３１の幅を４μｍとし、ＭＲ素子２１とバイアスコイル３０との厚み方向の距離を０．３μｍとした。また、電源Ｖdd2の電位を５．７６Ｖとし、センシング電流Ｉ１，Ｉ２をいずれも５．７６ｍＡとした。図１３においては、横軸が入力信号電流Ｉｍを表し、縦軸が電位差Ｖdiffを表す。図１３では、入力信号電流Ｉｍを０としたオフ状態において負の電位差Ｖdiffを示す一方で、入力信号電流Ｉｍを１０ｍＡとしたオン状態において正の電位差Ｖdiffを示している。このことから、本発明の信号伝達装置によれば、入力側の入力信号電流に応じて出力側へ二値情報が出力されることが確認できた。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、４つのＭＲ素子を含む検出回路を用いて入力信号磁場Ｈｍの検出を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば単一のＭＲ素子をプライマリコイルおよびバイアスコイルの近傍に配置し、そのＭＲ素子の、入力信号磁場の変化に伴う抵抗変化を読み取ることにより、入力信号電流に応じた二値情報を出力側へ出力させるようにしてもよい。あるいは、図１４に示した本発明の第１の変形例のように、２つのＭＲ素子２２Ａ，２２Ｂと２つの定電流源４１Ａ，４１Ｂとをブリッジ接続してなる検出回路２０Ａを用いるようにしてもよい。さらに、図１５に示した本発明の第２の変形例のように、２つのＭＲ素子２３Ａ，２３Ｂと２つの抵抗４２Ａ，４２Ｂとをブリッジ接続してなる検出回路２０Ｂを用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、基体１の側から、プライマリコイル１０、ＭＲ素子２１、バイアスコイル３０の順に積層するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。バイアス磁場およびセルフバイアス磁場が、磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている限り、それらの配置位置は種種の選択が可能である。

また、上記実施の形態等では、ＭＲ素子中を流れるセンシング電流の向きがバイアス導線を流れるバイアス電流の向きと平行になるようにしたが、図１６に示したように、センシング電流Ｉ１，Ｉ２が、バイアス電流Ｉｂと逆向きに流れるように構成することもできる。この場合においても、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場が、磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている限り、それらの配置位置は種種の選択が可能である。

また、上記実施の形態等では、１つのＭＲ素子を１つの帯状パターンによって構成するようにしたが、複数の帯状パターンを並列接続することにより１つのＭＲ素子を構成するようにしてもよい。こうすることにより、ＭＲ素子に対し、より効果的にバイアス磁場が及ぶと共に、バイアス磁場に対するＭＲ素子の感度がより向上する。

また、上記実施の形態等では、バイアス導線に流れるバイアス電流をセンシング電流としても利用するようにしたが、バイアス電流とは異なる独立したセンシング電流を検出回路（ＭＲ素子）に流すようにしてもよい。

本発明の信号伝達装置は、例えば通信用信号アイソレータとして、入出力間の絶縁やノイズ遮断を行う場合に用いることができる。具体的には、例えばスイッチング電源における１次側と２次側との信号の絶縁を行う部品としての使用が考えられる。この通信用信号アイソレータとしては、従来、フォトカプラやパルストランスが用いられているが、本発明の信号伝達装置はそれらの代替品としての利用が期待される。本発明の信号伝達装置は磁気的なカップリングを行うものであり、応答性に優れる（信号伝送の遅延が僅かである）、使用可能温度範囲が広い、経年変化が小さいなどの利点を有するからである。

１…基体、２…絶縁層、１０…プライマリコイル、２０…検出回路、２１…磁気抵抗効果素子、３０…バイアスコイル、Ｈｍ…入力信号磁場、Ｈｂ…バイアス磁場、Ｈsb…セルフバイアス磁場、Ｌ１〜Ｌ３…第１〜第３の階層、Ｐ１〜Ｐ４…接続点。

Claims (11)

1. 入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、
   バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、
   センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に、前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子と
   を備え、
   前記バイアス磁場およびセルフバイアス磁場は、前記磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている
   ことを特徴とする信号伝達装置。
2. 前記バイアス導線と前記磁気抵抗効果素子とが直列接続され、前記バイアス電流が前記センシング電流として前記磁気抵抗効果素子に供給される
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝達装置。
3. 前記磁化自由層に対する前記入力信号磁場の印加方向は、前記バイアス磁場およびセルフバイアス磁場の印加方向と逆向きとなっている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号伝達装置。
4. 前記磁気抵抗効果素子は、前記バイアス導線に沿って延在していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号伝達装置。
5. 前記バイアス導線の幅は、前記磁気抵抗効果素子の幅よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の信号伝達装置。
6. 前記バイアス導線の幅は、前記磁気抵抗効果素子の幅よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の信号伝達装置。
7. 前記バイアス導線は、膜面に沿って巻回する薄膜コイルからなり、
   前記磁気抵抗効果素子は、前記バイアス導線に沿って延在する複数の素子パターンからなる
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の信号伝達装置。
8. 前記磁気抵抗効果素子は、前記磁化自由層と磁化固着層と非磁性中間層とを含む積層構造を有し、
   前記非磁性中間層を流れるセンシング電流によって前記セルフバイアス磁場が誘導される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の信号伝達装置。
9. 前記入力信号導線、バイアス導線、および磁気抵抗効果素子が、それらの厚み方向において互いに重なり合うように積層されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の信号伝達装置。
10. 入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、
    バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、
    センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に、前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層をそれぞれ含み、それぞれの前記磁化自由層に印加される前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて互いに逆方向の抵抗変化を示す第１および第２の磁気抵抗効果素子と、
    前記第１の磁気抵抗効果素子の抵抗値と前記第２の磁気抵抗効果素子の抵抗値との差分に応じて出力信号を出力する差分検出器と
    を備え、
    前記バイアス磁場およびセルフバイアス磁場は、前記磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている
    ことを特徴とする信号伝達装置。
11. 入力信号電流が流れることにより入力信号磁場を生ずる入力信号導線と、
    バイアス電流が流れることによりバイアス磁場を生ずるバイアス導線と、
    センシング電流が流れることによりセルフバイアス磁場を生ずると共に、前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて磁化方向が変化する磁化自由層をそれぞれ含む第１から第４の磁気抵抗効果素子と、
    差分検出器と
    を備え、
    前記第１および第２の磁気抵抗効果素子の一端同士が第１の接続点において接続され、前記第３および第４の磁気抵抗効果素子の一端同士が第２の接続点において接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子の他端と前記第４の磁気抵抗効果素子の他端とが第３の接続点において接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子の他端と前記第３の磁気抵抗効果素子の他端とが第４の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、
    前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、それぞれの前記磁化自由層に印加される前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて互いに同じ向きに変化し、
    前記第２および第４の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、それぞれの前記磁化自由層に印加される前記入力信号磁場、バイアス磁場およびセルフバイアス磁場に応じて前記第１および第３の磁気抵抗効果素子の抵抗値とは反対向きに変化し、
    前記差分検出器により、前記第３の接続点と前記第４の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第１の接続点と前記第２の接続点の間の電位差が検出され、
    前記バイアス磁場およびセルフバイアス磁場は、前記磁化自由層に対して同じ方向に印加されるようになっている
    ことを特徴とする信号伝達装置。

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