JP7105497B2 - 被変調磁気抵抗センサ - Google Patents
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Description
磁気抵抗感知素子は、磁気抵抗感知素子列を形成するように直列に接続され、磁気抵抗感知素子列はプッシュプル半ブリッジ回路またはプッシュプル・フルブリッジ回路であるセンサ・ブリッジを形成するように電気的に接続され、磁気抵抗感知素子列は、バイアス電圧または電流が磁気抵抗感知素子を通じて流れるとともに、磁気抵抗感知素子上の電圧または電流が検出されるようにボンディング・パッドに電気的に接続され、
変調器はボンディング・パッドに電気的に接続され、変調電流はボンディング・パッドから得られ、変調電流の方向はY軸に平行であり、変調器は、軟強磁束コンセントレータのまわりに磁場が発生して軟強磁束コンセントレータの透過性を変調するように変調電流を軟強磁束コンセントレータのまわりの導体を通過させ、電気絶縁層は、変調器を磁気抵抗感知素子から隔てるように変調器と磁気抵抗感知素子の間に設定される。
Vout(ω)=H(ω)S+Vnoise(ω)+α0H(ω)・Vnoise(ω)+α1H2(ω)・Vnoise(ω)+ α2H(ω)・V2 noise(ω)+....
であり、ただし、Hは測定された磁場を指し、Sは感度を指し、Vnoise(ω)はランダム・センサ・ノイズを指し、α1は信号の非線形係数を指し、iは1以上の正の数字である。
それは、センサ・バイアスを変調して感度を変化させるとみなされてもよく、
そこで、Vout(ω)≒H(ω)S(Ibias(ωc))+Vnoise(ω,Ibias(ωc))である。
Vout(ω)≒H(ω)S(Ibias(ωc))+Rnoise(ω)Ibias(ωc)+....
である。
Vout(ω-ωc)-Vout(ω+ωc)≒H(ω){S(Ibias(0))-S(Ibias(2ωc))}+Rnoise(ω){Ibias(0)-Ibias(2ωc)}+...,であり、そして、バイアス電流をωcでローパス・フィルタに通過させ、1/fノイズの低減が見られず、
Vout(ω-ωc)≒H(ω)S(Ibias(0))+Rnoise(ω)Ibias(0)+....
Vout(ω-ωc)≒H(ω)S+Vnoise(ω)+....
である。
Vout(ω)=H(ω)S+Vnoise(ω)+α0H(ω)・Vnoise(ω)+α1H2(ω)・Vnoise(ω)+α2H(ω)・V2 noise(ω)+....,であり、ただし、Hは測定された磁場を指し、Sは感度を指し、Vnoise(ω)はランダム・センサ・ノイズを指し、α1は信号の非線形係数を指し、iは1以上の正の数字である。
Vout(ω)≒H(ω)S+Vnoise(ω)
である。
Vout(ω)≒H(ω+ωc)S+Vnoise(ω),
Voutがωcで混合され、次いで、
Vout(ω-ωc)-Vout(ω+ωc)≒{-H(2ωc)+H(ω)}S-Vnoise(ω+ωc)+Vnoise(ω-ωc)+...最終的に、電流をローパス・フィルタに通過させ、そして、
Vout(ω-ωc)≒H(ω)S+Vnoise(ω-ωc)+...
である。
Claims (12)
- 被変調磁気抵抗センサであって、
該被変調磁気抵抗センサは、XY平面上に配設された基板を有し、磁気抵抗感知素子、変調器、電気コネクタ、電気絶縁層、およびボンディング・パッドは、全て該基板上に配設され、該磁気抵抗感知素子の受感方向は、X軸に平行であり、
該磁気抵抗感知素子は、磁気抵抗感知素子列を形成するように直列に接続され、該磁気抵抗感知素子列は、プッシュプル半ブリッジ回路またはプッシュプル・フルブリッジ回路であるセンサ・ブリッジを形成するように電気的に接続され、該磁気抵抗感知素子列は、
バイアス電圧または電流が該磁気抵抗感知素子を通じて流れるとともに、該磁気抵抗感知素子上の電圧または電流が検出されるように該ボンディング・パッドに電気的に接続され、
該変調器は該ボンディング・パッドに電気的に接続され、変調電流は該ボンディング・パッドから得られ、該変調電流の方向はY軸に平行であり、該変調器は、軟強磁束コンセントレータのまわりに磁場が発生して該軟強磁束コンセントレータの透過性を変調するように該変調電流を該軟強磁束コンセントレータのまわりの導体を通過させ、電気絶縁層は、該変調器を該磁気抵抗感知素子から隔てるように該変調器と該磁気抵抗感知素子の間に設定され、
前記変調器は、複数の細長い変調用アセンブリで構成され、各該細長い変調用アセンブリは、長軸が前記Y軸方向に平行であるとともに短軸が前記X軸方向に平行である長方形ストリップの構造にあり、該複数の細長い変調用アセンブリは、アレイに配置され、該細長い変調用アセンブリ間に間隙があり、該間隙の離間距離の方向は、前記X軸方向に沿っており、該細長い変調用アセンブリの端部は、曲がりくねった電流経路を形成するように前記電気コネクタによって接続されている、被変調磁気抵抗センサ。 - 前記磁気抵抗感知素子は、AMR、GMR、またはTMR磁気感知素子である、
請求項1に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 各前記細長い変調用アセンブリはFM1層、NM層、およびFM2層からなる三層構造であり、該FM1層および該FM2層は軟強磁性層であり、該NM層は常伝導金属層であり、
該NM層は、タンタルまたは銅で作製され、該NM層の厚さは、5nm未満であり、RKKYカップリングは、該FM1層と該FM2層の間に存在する、請求項2に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 前記電気コネクタは、金属で作製され、前記電気コネクタは、前記変調器の上面、下面、または側面に接続され、あるいは
前記電気コネクタは、FM1層、NM層、およびFM2層それぞれからなる三層構造からエッチングされる、請求項3に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 前記変調器は、通電コイルおよび長方形強磁性体を備え、該通電コイルは、該長方形強磁性体の上方に位置し、該通電コイルは、ボンディング・パッドに接続される、請求項1に記載の被変調磁気抵抗センサ。
- 前記被変調磁気抵抗センサは、交流基準電源をさらに備え、該交流基準電源は、前記被変調磁気抵抗センサ内の前記細長い変調用アセンブリ、アナログ・フロント・エンド回路、ローパス・フィルタ、および混合器を周波数fで周期的に駆動し、該アナログ・フロント・エンド回路は、フロント・エンド回路および増幅器を備え、該フロント・エンド回路は、前記被変調磁気抵抗センサの出力端子に容量結合され、
該混合器の入力端子は、該交流基準電源と該フロント・エンド回路の出力端子とに電気的に接続され、
該ローパス・フィルタの入力端子は、該混合器の出力端子に電気的に接続され、該ローパス・フィルタの出力端子は、出力信号を与え、該出力信号は、前記磁気抵抗感知素子によって検出される磁場の振幅および極性に対応する、請求項3に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 交流基準パワー信号または前記混合器の入力信号に電気的に接続される最適化フィルタをさらに備え、
該最適化フィルタは、該交流基準パワー信号が混合器回路に入る前に周波数成分の一部を除去することによって、および該交流基準パワー信号を交流電圧信号に変換することによって該交流基準パワー信号を調整する、請求項6に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 交流基準パワー信号は単極であり、前記ローパス・フィルタは前記混合器の前記出力端子に接続され、前記ローパス・フィルタは低周波カットオフ周波数Fを有する、請求項6に記載の被変調磁気抵抗センサ。
- 前記交流基準パワー信号は双極であり、前記被変調磁気抵抗センサは周波数逓倍器をさらに備え、該周波数逓倍器は前記交流基準電源および前記混合器の前記入力端子と電気的に接続され、前記ローパス・フィルタは前記混合器の前記出力端子と接続され、前記ローパス・フィルタは低周波カットオフ周波数2Fを有する、請求項7に記載の被変調磁気抵抗センサ。
- 前記センサ・ブリッジは、単一チップを備え、前記センサ・ブリッジを構成するブリッジ・アームは、該単一チップ上に配設され、または
前記センサ・ブリッジは、2つ以上の相互接続されたチップを備え、各独立したチップは、磁気抵抗感知素子列を含み、該磁気抵抗感知素子列は、前記センサ・ブリッジの1つまたは複数のブリッジ・アームを形成するように電気的に接続される、請求項1に記載の被変調磁気抵抗センサ。 - 前記交流基準パワー信号が動作周波数範囲内にあるとき、被変調磁気抵抗センサ素子は、1/fノイズの周波数よりもずっと大きい周波数を有するホワイト・ノイズをもたらす、請求項7に記載の被変調磁気抵抗センサ。
- 前記FM1層および前記FM2層は、異なる残留モーメント積Mrtを有し、外部磁場がないとき、交流基準パワー信号が最大である場合でも、センサ位置で前記変調電流によって発生させられる前記磁場も最小である、請求項6に記載の被変調磁気抵抗センサ。
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JP5326238B2 (ja) | 信号検出装置 |
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