JP7341926B2 - 磁気センサ - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、磁気センサに関する。
例えば、磁性層を用いた磁気センサがある。磁気センサにおいて、特性の向上が望まれる。
特開2018-155719号公報
本発明の実施形態は、特性を向上できる磁気センサを提供する。
本発明の実施形態によれば、磁気センサは、第1配線回路、交流回路部、第1直流回路部及び第1素子を含む。前記第1配線回路は、第1配線及び第1交流伝達素子を含む。前記第1配線は、第1配線端部及び第1配線他端部を含む。前記第1交流伝達素子は、前記第1配線と電気的に直列に接続される。前記第1配線回路は、第1回路端部及び第1回路他端部を含む。前記交流回路部は、前記第1回路端部及び前記第1回路他端部の間に交流電圧を印加可能である。前記第1直流回路部は、前記第1配線端部及び前記第1配線他端部に第1直流電圧を印加可能である。前記第1素子は、第1磁性層を含む。
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。 図2(a)及び図2(b)は、磁気センサの特性を例示する模式図である。 図3は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。 図4(a)~図4(c)は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図5は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。 図6(a)~図6(f)は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図7(a)及び図7(b)は、第3実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図8(a)及び図8(b)は、第3実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。 図9は、第3実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。
図1(a)に示すように、実施形態に係る磁気センサ110は、第1配線回路21、交流回路部75ac、第1直流回路部71dc、及び、第1素子51を含む。
第1配線回路21は、第1配線61及び第1交流伝達素子31を含む。第1交流伝達素子31は、信号の交流成分を伝達し、信号の直流成分をカット(または減衰させる)。第1交流伝達素子31は、例えば、キャパシタンス素子である。第1交流伝達素子31は、スイッチング素子などを含む回路素子を含んでも良い。以下の例では、第1交流伝達素子31は、第1スイッチング素子とする。
第1配線61は、第1配線端部61a及び第1配線他端部61bを含む。第1交流伝達素子31は、第1配線61と電気的に直列に接続される。第1配線回路21は、第1回路端部21a及び第1回路他端部21bを含む。
交流回路部75acは、第1回路端部21a及び第1回路他端部21bの間に交流電圧Vacを印加可能である。この例では、交流回路部75acは、配線26a及び配線26bにより、第1回路端部21a及び第1回路他端部21bと電気的に接続される。
第1直流回路部71dcは、第1配線端部61a及び第1配線他端部61bに第1直流電圧Vdc1を印加可能である。この例では、第1直流回路部71dcは、配線27a及び配線27bにより、第1配線端部61a及び第1配線他端部61bと電気的に接続される。
第1素子51は、第1磁性層11を含む。例えば、第1素子51は、第1対向磁性層11o及び第1非磁性層11nをさらに含む。第1非磁性層11nは、第1磁性層11と第1対向磁性層11oとの間に設けられる。第1素子51に加わる磁界に応じて、第1素子51の電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づく。
例えば、第1磁性層11は、磁化11Mを有する。第1対向磁性層11oは、磁化11oMを有する。1つの例において、磁化11oMの向きは、実質的に固定される。磁界が第1素子51に加わると、第1磁性層11の磁化11Mの向きが変化する。磁化11oMと磁化11Mとの間の角度が、印加される磁界に応じて変化する。角度の変化に応じて、電気抵抗が変化する。第1素子51は、例えば、GMR(Giant magnetic resistance)素子、または、TMR(Tunnel Magneto Resistance Effect)素子である。1つの例において、外部磁界が実質的にないときに、第1磁性層11の磁化11Mは、第1対向磁性層11oの磁化11oMに沿う。第1素子51において、偶関数の特性が得やすくなる。実施形態において、第1素子51は、AMR(Anisotropic magnetoresistance effect)素子でも良い。
図1に示すように、例えば、磁気センサ110は、検出回路部70DTをさらに含んでも良い。検出回路部70DTは、第1素子51の電気抵抗(例えば、第1電気抵抗)に応じた信号sg1を出力可能である。例えば、第1素子51は、第1素子端部51a及び第1素子他端部51bを含む。第1素子51の電気抵抗は、第1素子端部51aと第1素子他端部51bとの間の電気抵抗に対応する。
図1に示すように、検出電圧回路部75dcが設けられても良い。検出電圧回路部75dcは、第1素子端部51aと第1素子他端部51bとの間に検出電圧Vdtを印加可能である。例えば、配線28a及び配線28bにより、検出電圧回路部75dcは、第1素子端部51a及び第1素子他端部51bと電気的に接続される。検出電圧Vdtにより、第1素子51に、検出電流(例えば、第1素子電流Ie1)が流れる。例えば、検出回路部70DTは、検出電流の変化に応じた電圧などを検出することが可能である。これにより、検出回路部70DTは、第1素子51の電気抵抗に応じた信号sg1を出力可能である。検出電圧Vdtは、例えば、実質的に直流電圧で良い。検出電圧Vdtにより、第1素子51に実質的に直流の電流が流れて良い。
実施形態においては、このような第1素子51及び第1配線61が組み合わされる。第1配線61に印加される交流電圧に応じて、交流電流が第1配線61に流れる。第1配線61に流れる交流電流に応じた第1交流磁界Ha1が、第1素子51に加わる。第1素子51に、検出対象の磁界(検出磁界)と、第1交流磁界Ha1と、が印される。
後述するように、第1素子51における磁界-電気抵抗の特性は、例えば、実質的に偶関数を有する。この場合、第1素子51の電気抵抗は、第1交流磁界Ha1の周波数fの2倍の周波数の成分と、周波数fの成分と、を有する。検出磁界が直流の場合、周波数fの成分の大きさは、検出磁界の大きさに対応する。第1素子51の電気抵抗に応じた信号sg1から、周波数fの成分を取り出すことで、検出磁界に関する情報を得ることができる。検出磁界が交流であり、検出磁界の周波数がfexである場合、第1素子51の電気抵抗の変調後の信号は、f±fexの周波数を含む。変調後の信号におけるf±fexの周波数の成分の強度は、検出磁界の強度に応じて変化する。信号sg1から、f±fexの周波数の成分を取り出すことで、検出磁界に関する情報を得ることができる。
1つの例において、第1素子51における磁界-電気抵抗の特性が、理想的な偶関数からシフトしている場合がある。例えば、第1素子51に含まれる磁性層の特性、第1配線61の特性、または、第1素子51と第1配線61との位置関係などが、製造条件のばらつきなどに起因して、設計状態からシフトする場合がある。これらにより、第1素子51における磁界-電気抵抗の特性が、理想的な偶関数からシフトする可能性がある。
実施形態においては、第1配線61を含む第1配線回路21に、第1交流伝達素子31が設けられる。交流回路部75acにより、第1配線回路21に交流電圧Vacが印加される。交流電圧Vacは、例えば、容量結合により、第1交流伝達素子31を通過して、第1配線61に印加される。一方、第1直流回路部71dcにより、第1配線61に第1直流電圧Vdc1が印加可能である。例えば、第1素子51における磁界-電気抵抗の特性が理想的な偶関数からシフトしていた場合、第1直流回路部71dcにより、第1配線61に適切な値の第1直流電圧Vdc1が印加されることで、第1素子51における磁界-電気抵抗の特性を理想的な偶関数に近づけることができる。これにより、非対称性に起因する周波数の信号を抑制できる。
これにより、検出磁界をより高い精度で検出することができる。例えば、検出磁界を高ダイナミックレンジで検出できる。実施形態によれば、特性を向上できる磁気センサを提供できる。
図1に示すように、磁気センサ110は、制御回路部70CNをさらに含んでも良い。制御回路部70CNに、検出回路部70DTから出力される信号sg1が供給される。制御回路部70CNは、信号sg1に基づいて、第1直流回路部71dcを制御可能でも良い。例えば、制御回路部70CNから、第1制御信号sc1が、第1直流回路部71dcに供給される。第1制御信号sc1に基づいて、第1直流回路部71dcから出力される第1直流電圧Vdc1が制御される。制御回路部70CNによる制御により、第1直流電圧Vdc1は、第1素子51の電気抵抗(例えば第1電気抵抗)が第1配線61に流れる電流(例えば第1電流)に対して偶関数に近付くように、第1直流電圧Vdc1を制御する。
図1(a)に示すように、第1対向磁性層11oから第1磁性層11への方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。Z軸方向は、第1対向磁性層11o及び第1磁性層11の積層方向に対応する。
1つの例において、第1素子51から第1配線61への方向は、Z軸方向に沿う。第1素子51から第1配線61への方向は、Y軸方向に沿っても良い。このような配置により、第1配線61から生じる第1交流磁界Ha1が第1素子51に効率的に印加し易くなる。
図1(a)に示すように、第1配線端部61aから第1配線他端部61bへの方向は、第1方向D1に沿う。第1方向D1は、例えば、X軸方向に沿う。例えば、第1磁性層11の磁化11Mは、第1方向D1に沿うことが好ましい。これにより、偶関数の特性がより得やすい。例えば、外部からの磁界がないときに、磁化11M及び磁化11oMは、第1方向D1に沿うことがより好ましい。偶関数の特性がより得やすい。
図1(b)に示すように、第1磁性層11の第1方向D1に沿う長さを長さL1とする。第1磁性層11の第1交差方向Dx1に沿う長さを長さW1とする。長さW1は、例えば、幅に対応する。第1磁性層11の第1他方向Ds1に沿う長さを長さt1とする。長さt1は、例えば、厚さに対応する。1つの例において、第1交差方向Dx1は、Y軸方向である。1つの例において、第1他方向Ds1は、Z軸方向である。
例えば、長さL1は、長さW1よりも長い。例えば、長さW1は、長さt1よりも長い。このような構成により、第1磁性層11の磁化11Mは、第1方向D1に沿い易くなる。このような磁化11Mの制御は、例えば、形状異方性の効果による。磁化11Mが第1配線61に沿うことで、偶関数の特性、または、偶関数に近い特性が、より得やすくなる。
図2(a)及び図2(b)は、磁気センサの特性を例示する模式図である。
図2(a)及び図2(b)の横軸は、第1配線61に流れる電流(第1電流Ia1)である。図2(a)及び図2(b)の縦軸は、第1素子51の電気抵抗(第1電気抵抗R1)である。図2(a)は、第1直流電圧Vdc1が0の場合に対応する。図2(b)は、第1直流電圧Vdc1が、電圧Vxの場合に対応する。図2(a)及び図2(b)の横軸は、第1電流Ia1に基づいて発生する磁界(第1交流磁界Ha1)に対応する。これらの図において、「+」及び-」は、第1電流Ia1の極性に対応し、第1電流Ia1の向きに対応する。「+」及び-」は、第1交流磁界Ha1の向きに対応する。
図2(a)に示すように、第1配線61に流れる第1電流Ia1が正極性であるときに第1電流Ia1の絶対値が増大すると、第1素子51の第1電気抵抗R1は増大する。第1配線61に流れる第1電流Ia1が負極性であるときに第1電流Ia1の絶対値が増大すると、第1電気抵抗R1は増大する。第1電気抵抗R1は、第1電流Ia1に対して、実質的に偶関数である。ただし、図2(a)に示すように、第1直流電圧Vdc1が0の1つの例において、第1電気抵抗R1は、第1電流Ia1の変化に対して、非対称である。このような非対称性は、第1素子51の特性、第1配線61の特性、または、第1素子51と第1配線61との位置関係などのばらつきなどに起因すると考えられる。
図2(b)に示すように、第1直流電圧Vdc1が、適切な電圧Vxの場合は、第1電気抵抗R1は、第1電流Ia1の変化に対して、実質的に対称である。これにより、非対称性に起因するノイズが抑制できる。例えば、第1直流回路部71dcから出力される第1直流電圧Vdc1が、適切な電圧Vxとされることで、第1電気抵抗R1は、偶関数に近づく。または、第1電気抵抗R1は、完全な偶関数になる。
このような、電圧Vxは、制御回路部70CNの制御により得られても良い。例えば、制御回路部70CNは、検出回路部70DTから出力される信号sg1に基づいて、第1電気抵抗R1が第1電流Ia1に対して偶関数に近付くように、第1直流電圧Vdc1を制御する。
図2(a)に示すように、第1素子51に加わる第1交流磁界Ha1が正極性であるときに、第1交流磁界Ha1の絶対値が増大すると、第1素子51の第1電気抵抗R1は増大する。第1素子51に加わる第1交流磁界Ha1が負極性であるときに第1交流磁界Ha1の絶対値が増大すると、第1電気抵抗R1は増大する。例えば、制御回路部70CNは、検出回路部70DTから出力される信号sg1に基づいて、第1電気抵抗R1が第1交流磁界Ha1に対して偶関数に近付くように、第1直流電圧Vdc1を制御しても良い。
以下、第1素子51の電気抵抗が印加される磁界に対して実質的に偶関数である場合について、第1素子51の特性の例について説明する。
図3は、磁気センサの特性を例示するグラフ図である。
図3は、素子(例えば第1素子51)に磁界Hxとして、交流磁界Hax及び磁界Hmが印加されたときの特性を例示している。磁界Hmは、検出対象の検出磁界である。図3の横軸は、磁界Hxに対応する。縦軸は、素子の抵抗Rxに対応する。抵抗Rxは、例えば、検出回路部70DTから出力される信号sg1に対応する。交流磁界Haxは、時間tmに対して変化する。図3の例では、交流磁界Haxは、三角波である。交流磁界Haxは、正弦波またはパルス波などでも良い。交流磁界Haxの周波数を、第1周波数f1とする。抵抗Rxは、磁界Hxに対して偶関数の特性を有する。
図3に示すように、交流磁界Hax及び磁界Hmが印加されたときに、例えば、素子から信号Sigxが得られる。信号Sigxは、抵抗Rxの変化に対応する。信号Sigxにおいて、抵抗R0を基準とした2種類の周波数成分を有する波形が得られる。信号Sigxは、例えば、検出回路部70DTから出力される信号sg1に対応する。
信号Sigx(抵抗Rx)は、時間tmに対して変化する。信号Sigx(抵抗Rx)は、第1周波数f1の周波数の成分と、2倍の周波数2f1の成分と、を含む。第1周波数f1の周波数に対応する波形成分は、磁界Hmに起因する。磁界Hmが0の場合は、第1周波数f1の周波数に対応するピークは実質的に生じず、2倍の周波数2f1の成分が生じる。例えば、フィルタなどを用いて、第1周波数f1の周波数に対応する成分を取り出すことができる。第1周波数f1の周波数に対応するピークの強度を測定することで、検出対象の磁界Hmを知ることができる。2倍の周波数2f1の信号は、例えば、不要な信号(例えばノイズ)に対応する。
磁界Hmは直流磁界でも良く、交流磁界でも良い。磁界Hmが交流磁界である場合、磁界Hmの周波数は、交流磁界Haxの周波数(第1周波数f1)よりも低い。
実施形態においては、第1直流電圧Vdc1が制御されることで、抵抗Rxが磁界Hxに対して実質的に偶関数の特性を有する。非対称性に起因するノイズが抑制できる。これにより、検出対象の磁界Hmをより正確に検出できる。
上記のように、交流電圧Vacは第1周波数f1を有する。制御回路部70CNは、外部磁界が実質的にないときに、検出回路部70DTから出力される信号sg1の第1周波数f1の成分が小さくなるように、第1直流電圧Vdc1を制御することが可能である。これにより、外部磁界が実質的にないときに、抵抗Rxが磁界Hxに対して実質的に偶関数となる。そして、第1周波数f1の成分は、検出対象の磁界Hmに応じるようになる。
(第2実施形態)
図4(a)~図4(c)は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 図5は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。
図4(a)~図4(c)に示すように、第2実施形態に係る磁気センサ120は、第1配線回路21、交流回路部75ac、第1直流回路部71dc、及び、第1素子51に加えて、第2配線回路22、第2素子52、第1抵抗素子41、第2抵抗素子42及び検出電圧回路部75dcを含む。
第2配線回路22は、第2配線62及び第2交流伝達素子32を含む。第2交流伝達素子32は、信号の交流成分を伝達し、信号の直流成分をカット(または減衰させる)。第2交流伝達素子32は、例えば、キャパシタンス素子である。第2交流伝達素子32は、スイッチング素子などを含む回路素子を含んでも良い。以下の例では、第2交流伝達素子32は、第2スイッチング素子とする。
第2配線62は、第2配線端部62a及び第2配線他端部62bを含む。第2交流伝達素子32は、第2配線62と電気的に直列に接続される。第2配線回路22は、第2回路端部22a及び第2回路他端部22bを含む。
第2直流回路部72dcは、第2配線端部62a及び第2配線他端部62bとの間に第2直流電圧Vdc2を印加可能である。
図5に示すように、第2素子52は、第2磁性層12を含む。この例では、第2素子52は、第2対向磁性層12o及び第2非磁性層12nをさらに含む。第2非磁性層12nは、第2磁性層12と第2対向磁性層12oとの間に設けられる。第2素子52に加わる磁界に応じて、第2素子52の電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づく。
図4(a)に示すように、交流回路部75acは、第2回路端部22a及び第2回路他端部22bの間に交流電圧Vacを印加可能である。1つの例において、図2(a)に示すように、第2配線回路22において印加される交流電圧Vacの極性(位相)は、第1配線回路21において印加される交流電圧Vacの極性(位相)と逆である。
図4(b)に示すように、1つの例において、第1配線61は、Z軸方向において、第1素子51と重なる。第2配線62は、Z軸方向において、第2素子52と重なる。
図4(b)に示すように、第1素子51、第1抵抗素子41、第2素子52及び第2抵抗素子42は、ブリッジ回路(例えばホイートストンブリッジ)を形成する。検出電圧回路部75dcは、ブリッジ回路に検出電圧Vdtを印加可能である。検出電圧Vdtは、例えば、実質的に直流電圧で良い。検出電圧Vdtにより、第1素子51及び第2素子52に、実質的に直流の電流が流れて良い。
検出回路部70DTは、第1素子51及び第1抵抗素子41の電気的な第1接続点cp1の電位と、第2素子52及び第2抵抗素子42の電気的な第2接続点cp2の電位と、の差に応じた信号sg1を出力可能である。
図4(c)に示すように、検出回路部70DTから出力された信号sg1が、制御回路部70CNに供給される。制御回路部70CNは、信号sg1に基づいて、第1直流電圧Vdc1及び第2直流電圧Vdc2の少なくともいずれかを制御することが可能である。例えば、制御回路部70CNから第1制御信号sc1が第1直流回路部71dcに供給される。第1直流回路部71dcから、第1制御信号sc1に応じた第1直流電圧Vdc1が出力される。制御回路部70CNから第2制御信号sc2が第2直流回路部72dcに供給される。第2直流回路部72dcから、第2制御信号sc2に応じた第2直流電圧Vdc2が出力される。
磁気センサ120において、第1配線61及び第2配線62には、同じ交流電圧Vacが印加される。これにより、第1配線61及び第2配線62のそれぞれから発生する磁界の交流成分にずれが実質的に生じない。第1配線回路21及び第2配線回路22のそれぞれに、互いに独立した直流電圧が印加できる。これにより、第1素子51及び第2素子52の特性のそれぞれを、独立して、偶関数に近づくように制御できる。非対称性に起因するノイズが抑制できる。特性を向上できる磁気センサを提供できる。
図4(b)に示すように、第1抵抗素子41は、第1素子51と電気的に直列に接続される。第2抵抗素子42は、第2素子52と電気的に直列に接続される。第1素子51及び第1抵抗素子41を含む第1素子回路25a、及び、第2素子52及び第2抵抗素子42を含む第2素子回路25bは、電気的に並列に接続される。検出電圧回路部75dcは、第1素子回路25a及び第2素子回路25bに検出電圧Vdtを印加する。
例えば、第1抵抗素子41は、第1抵抗素子端部41a及び第1抵抗素子他端部41bを含む。第1抵抗素子端部41aは、第1素子他端部51bと電気的に接続される。第1素子端部51aは、検出電圧回路部75dcと電気的に接続される。第1抵抗素子他端部41bは、例えば、グランドGNDを介して、検出電圧回路部75dcと電気的に接続される。第1接続点cp1の電位は、例えば、第1抵抗素子端部41a及び第1素子他端部51bの電位に対応する。
例えば、第2抵抗素子42は、第2抵抗素子端部42a及び第2抵抗素子他端部42bを含む。第2抵抗素子端部42aは、第2素子他端部52bと電気的に接続される。第2素子端部52aは、検出電圧回路部75dcと電気的に接続される。第2抵抗素子他端部42bは、例えば、グランドGNDを介して、検出電圧回路部75dcと電気的に接続される。第2接続点cp2の電位は、例えば、第2抵抗素子端部42a及び第2素子他端部52bの電位に対応する。
図4(b)に示すように、検出電圧回路部75dcにより印加される検出電圧Vdtに基づいて、第1素子51及び第1抵抗素子41を第1素子電流Ie1が流れる。検出電圧Vdtに基づいて、第2素子52及び第2抵抗素子42を第2素子電流Ie2が流れる。例えば、第1素子電流Ie1及び第2素子電流Ie2は、実質的に直流の電流で良い。
図4(b)に示すように、交流電圧Vacに基づいて、第1配線61を第1交流電流Iac1が流れる。交流電圧Vacに基づいて、第2配線62を第2交流電流Iac2が流れる。
図4(b)に示すように、第1素子51及び第2素子52に外部磁界Hexが加わることが可能である。図4(b)は、1つの時刻の状態を例示している。少なくとも1つの時刻において、第1素子51に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第1交流電流Iac1の位相は、第2素子52に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第2交流電流Iac2の位相と、逆である。
この例では、1つの時刻において、第1素子51及び第2素子52に、1つの向きの外部磁界Hexが印加される。このときに、第1配線61の流れる第1交流電流Iac1の向きは、第2配線62に流れる第2交流電流Iac2の向きと逆である。
図4(b)に示すように、例えば、第1交流電流Iac1に基づいて、第1交流磁界Ha1が第1素子51に加わる。第2交流電流Iac2に基づいて、第2交流磁界Ha2が第2素子52に加わる。1つの時刻において、第1交流磁界Ha1の向きは、外部磁界Hexの向きと逆であり、第2交流磁界Ha2の向きは、外部磁界Hexの向きと同じである。
逆の位相により、第1交流磁界Ha1に応じた第1素子51の電気抵抗の変化と、第2交流磁界Ha2に応じた第2素子52の電気抵抗の変化と、が実質的にキャンセルされる。これにより、これらの交流磁界に起因する周波数の成分が小さくできる。検出対象の磁界を効率良く検出し易くなる。
図4(b)に示すように、例えば、第1配線61と第1素子51との間の距離は、第1配線61と第2素子52との間の距離よりも短い。第2配線62と第2素子52との間の距離は、第2配線62と第1素子51との間の距離よりも短い。第1配線61により生じる第1交流磁界Ha1は、第1素子51に印加され、第2素子52には実質的に印加されない。第2配線62により生じる第2交流磁界Ha2は、第2素子52に印加され、第1素子51には実質的に印加されない。
第1素子51は、第1素子端部51a及び第1素子他端部51bを含む。第1素子端部51aと第1配線端部61aとの間の距離は、第1素子端部51aと第1配線他端部61bとの間の距離よりも短い。第1素子他端部51bと第1配線他端部61bとの間の距離は、第1素子他端部51bと第1配線端部61aとの間の距離よりも短い。
第2素子52は、第2素子端部52a及び第2素子他端部52bを含む。第2素子端部52aと第2配線端部62aとの間の距離は、第2素子端部52aと第2配線他端部62bとの間の距離よりも短い。第2素子他端部52bと第2配線他端部62bとの間の距離は、第2素子他端部52bと第2配線端部62aとの間の距離よりも短い。
図6(a)~図6(f)は、第2実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。 これらの図の横軸は、時間tmである。図6(a)の縦軸は、第1配線他端部61bを基準にした第1配線端部61aの電位Ea1である。図6(b)の縦軸は、第2配線他端部62bを基準にした第2配線端部62aの電位Ea2である。図6(c)の縦軸は、第1交流電流Iac1である。図6(d)の縦軸は、第2交流電流Iac2である。図6(e)の縦軸は、第1交流磁界Ha1である。図6(f)の縦軸は、第2交流磁界Ha2である。
図6(a)に示すように、第1時刻tm1において、電位Ea1は、正である。第1時刻tm1において、第1配線端部61aの電位は、第1配線他端部61bの電位よりも高い。第2時刻tm2において、電位Ea2は、負である。第2時刻tm2において、第1配線端部61aの電位は、第1配線他端部61bの電位よりも低い。
図6(b)に示すように、第1時刻tmにおいて、電位Ea2は、負である。第1時刻tm1において、第2配線端部62aの電位は、第2配線他端部62bの電位よりも低い。第2時刻tm2において、電位Ea2は正である。第2時刻tm2において、第2配線端部62aの電位は、第2配線他端部62bの電位よりも高い。
このような第1時刻tm1及び第2時刻tm2において、第1素子51及び第2素子52には、検出電圧回路部75dcによる実質的な直流電圧が印加される。第1素子51に実質的に直流の第1素子電流Ie1(図4(b)参照)が流れる。第2素子52に実質的に直流の第2素子電流Ie2(図4(b)参照)が流れる。
従って、第1時刻tm1において第1素子51を流れる電流(第1素子電流Ie1)の向きは、第2時刻tm2において第1素子51を流れる電流(第1素子電流Ie1)の向きと同じである。同様に、第1時刻tm1において第2素子52を流れる電流(第2素子電流Ie2)の向きは、第2時刻tm2において第2素子52を流れる電流(第2素子電流Ie2)の向きと同じである。
図4(b)に示すように、第1時刻tm1及び第2時刻tm2において、第1素子端部51aから第1素子他端部51bに向けて、第1素子51を第1素子電流Ie1が流れる。第1時刻tm1及び第2時刻tm2において、第2素子端部52aから第2素子他端部52bに向けて、第2素子52を第2素子電流Ie2が流れる。
図6(c)に示すように、例えば、第1時刻tm1において、第1交流電流Iac1は、正である。第2時刻tm2において、第1交流電流Iac1は、負である。図6(d)に示すように、例えば、第1時刻tmにおいて、第2交流電流Iac2は、負である。第2時刻tm2において、第2交流電流Iac2は、正である。
図6(e)に示すように、例えば、第1時刻tm1において、第1交流磁界Ha1は、正である。第2時刻tm2において、第1交流磁界Ha1は、負である。図6(f)に示すように、例えば、第1時刻tmにおいて、第2交流磁界Ha2は、負である。第2時刻tm2において、第2交流磁界Ha2は、正である。
図4(a)に示すように、1つの例において、第2配線他端部62bから第2配線端部62aへの方向は、第2方向D2に沿う。この例では、第2方向D2は、第1方向D1に沿う。
図5に示すように、第2磁性層12の第2方向D2に沿う長さを長さL2とする。第2磁性層12の第2交差方向Dx2に沿う長さを長さW2とする。第2交差方向Dx2は、第2方向D2と交差する。第2磁性層12の第2他方向Ds2に沿う長さを長さt2とする。第2他方向Ds2は、第2方向D2及び第2交差方向Dx2を含む平面と交差する。1つの例において、第2方向D2は、例えば、X軸方向に沿う。第2交差方向Dx2は、例えば、Y軸方向に沿う。第2他方向Ds2は、例えば、Z軸方向に沿う。
例えば、長さL2は、長さW2よりも長い。長さW2は、長さt2よりも長い。このような長さの関係により、第2磁性層12の磁化12Mは、第2方向D2に沿い易くなる。偶関数の特性が得やすくなる。
図5に示すように、第2素子52は、例えば、第磁性層12、第2対向磁性層12o及び第2非磁性層12nを含む。第2非磁性層12nは、第2磁性層12と第2対向磁性層12oとの間に設けられる。例えば、外部磁界が実質的にないときに、第2磁性層12の磁化12Mは、第2対向磁性層12oの磁化12oMに沿う。
第2実施形態において、第1抵抗素子41及び第2抵抗素子42の少なくともいずれかは、磁性層を含んでも良い。
(第3実施形態)
図7(a)及び図7(b)は、第3実施形態に係る磁気センサを例示する模式図である。
図8(a)及び図8(b)は、第3実施形態に係る磁気センサを例示する模式的斜視図である。
図9は、第3実施形態に係る磁気センサの一部を例示する模式図である。
図7(a)及び図7(b)に示すように、第3実施形態に係る磁気センサ130は、第1配線回路21、第2配線回路22、第3配線回路23、第4線回路24、交流回路部75ac、第1直流回路部71dc、第2直流回路部72dc、第3直流回路部73dc、第4直流回路部74dc、第1素子51、第2素子52、第3素子53、第4素子54、及び、検出電圧回路部75dcを含む。第1配線回路21、第2配線回路22、第1素子51及び第2素子52については、第2実施形態に関して説明した構成が適用できる。
例えば、既に説明したように、図7(a)に示すように、第2配線回路22は、第2配線端部62a及び第2配線他端部62bを含む第2配線62と、第2配線62と電気的に直列に接続された第2交流伝達素子32と、を含む。第2配線回路22は、第2回路端部22a及び第2回路他端部22bを含む。第2直流回路部72dcは、第2配線端部62a及び第2配線他端部62bとの間に、第2直流電圧Vdc2を印加可能である。
図7(a)に示すように、第3配線回路23は、第3配線端部63a及び第3配線他端部63bを含む第3配線63と、第3配線63と電気的に直列に接続された第3交流伝達素子33と、を含む。第3配線回路23は、第3回路端部23a及び第3回路他端部23bを含む。第3直流回路部73dcは、第3配線端部63a及び第3配線他端部63bとの間に第3直流電圧Vdc3を印加可能である。
第3交流伝達素子33は、信号の交流成分を伝達し、信号の直流成分をカット(または減衰させる)。第3交流伝達素子33は、例えば、キャパシタンス素子である。第3交流伝達素子33は、スイッチング素子などを含む回路素子を含んでも良い。以下の例では、第3交流伝達素子33は、第3スイッチング素子とする。
図7(a)に示すように、第4配線回路24は、第4配線端部64a及び第4配線他端部64bを含む第4配線64と、第4配線64と電気的に直列に接続された第4交流伝達素子34と、を含む。第4配線回路24は、第4回路端部24a及び第4回路他端部24bを含む。第4直流回路部74dcは、第4配線端部64a及び第4配線他端部64bとの間に第4直流電圧Vdc4を印加可能である。
第4交流伝達素子34は、信号の交流成分を伝達し、信号の直流成分をカット(または減衰させる)。第4交流伝達素子34は、例えば、キャパシタンス素子である。第4交流伝達素子34は、スイッチング素子などを含む回路素子を含んでも良い。以下の例では、第4交流伝達素子34は、第4スイッチング素子とする。
図7(a)に示すように、交流回路部75acは、第1回路端部21a及び第1回路他端部21bの間、第2回路端部22a及び第2回路他端部22bの間、第3回路端部23a及び第3回路他端部23bの間、及び、第4回路端部24a及び第4回路他端部24bの間に、交流電圧Vacを印加可能である。
既に説明したように、第2素子52は、第2磁性層12を含む(図5参照)。第3素子53は、第3磁性層13を含む(図8(a)参照)。第4素子54は、第4磁性層14を含む(図8(b)参照)。
図7(b)に示すように、第1素子51及び第3素子53は互いに電気的に直列に接続される。第2素子52及び第4素子54は互いに電気的に直列に接続される。第1素子51及び第3素子53を含む第1素子回路25a、及び、第2素子52及び第4素子54を含む第2素子回路25bは、電気的に並列に接続される。第1素子51、第2素子52、第3素子53及び第4素子54により、ブリッジ回路(例えばホイートストンブリッジ)が形成される。
図7(b)に示すように、検出電圧回路部75dcは、第1素子回路25a及び第2素子回路25bに検出電圧Vdtを印加可能である。検出電圧Vdtにより、第1素子51及び第3素子53に、検出電流(例えば、第1素子電流Ie1)が流れる。検出電圧Vdtにより、第2素子52及び第4素子54に、検出電流(例えば、第2素子電流Ie2)が流れる。
図7(b)に示すように、検出回路部70DTは、第1素子51及び第3素子53の電気的な第1接続点cp1の電位と、第2素子52及び第4素子54の電気的な第2接続点cp2の電位と、の差に応じた信号sg1を出力可能である。
図9は、磁気センサ130における制御回路部70CNの例を示している。図9に示すように、制御回路部70CNは、検出回路部70DTから出力された信号sg1に基づいて、第1直流電圧Vdc1、第2直流電圧Vdc2、第3直流電圧Vdc3及び第4直流電圧Vdc4の少なくともいずれかを制御することが可能である。
これにより、非対称性に起因するノイズが抑制できる。検出磁界をより高い精度で検出することができる。実施形態によれば、特性を向上できる磁気センサを提供できる。
磁気センサ130において、図6(a)~図6(f)に関して説明した電流、電位及び磁界が適用できる。
図7(b)に示すように、交流電圧Vacに基づいて、第1配線61を第1交流電流Iac1が流れる。交流電圧Vacに基づいて、第2配線62を第2交流電流Iac2が流れる。交流電圧Vacに基づいて、第3配線63を第3交流電流Iac3が流れる。交流電圧Vacに基づいて、第4配線64を第4交流電流Iac4が流れる。
図7(b)は、1つの時刻におけるこれらの交流電流を例示している。少なくとも1つの時刻において、第1素子51に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第1交流電流Iac1の第1位相は、第2素子52に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第2交流電流Iac2の第2位相と、逆である。例えば、第1位相を有する第1交流電流Iac1に基づく第1交流磁界Ha1の向きは、外部磁界Hexの向きと反対である。例えば、第2位相を有する第2交流電流Iac2に基づく第2交流磁界Ha2の向きは、外部磁界Hexの向きと同じである。
図7(b)に示すように、少なくとも1つの時刻において、第3素子53に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第3交流電流Iac3の第3位相は、第4素子54に加わる外部磁界Hexの向きを基準にした、第4交流電流Iac4の第4位相と、逆である。例えば、第3位相を有する第3交流電流Iac3に基づく第3交流磁界Ha3の向きは、外部磁界Hexの向きと同じである。例えば、第4位相を有する第4交流電流Iac4に基づく第4交流磁界Ha4の向きは、外部磁界Hexの向きと反対である。
例えば、第1位相は、第4位相と同じである。例えば、第2位相は、第3位相と同じである。例えば、第1交流磁界Ha1の位相は、第4交流磁界Ha4の位相と同じである。例えば、第2交流磁界Ha2の位相は、第4交流磁界Ha4の位相と同じである。
このような逆位相の関係により、第1~第4素子51~54のそれぞれの電気抵抗の変化の、第1周波数fの2倍の成分が実質的にキャンセルされる。
実施形態においては、第1~第4配線61~64に印加される第1~第4直流電圧Vdc1~Vdc4が独立して制御できるため、第1~第4素子51~54において、実質的に偶関数の特性が得られる。これにより、第1周波数fの2倍の成分が実質的にキャンセルし易くなる。
図7(b)に示すように、第1素子51と第1配線61との間の距離は、第1素子51と第2配線62との間の距離よりも短く、第1素子51と第3配線63との間の距離よりも短く、第1素子51と第4配線64との間の距離よりも短い。
図7(b)に示すように、第2素子52と第2配線62との間の距離は、第2素子52と第1配線61との間の距離よりも短く、第2素子52と第3配線63との間の距離よりも短く、第2素子52と第4配線64との間の距離よりも短い。
図7(b)に示すように、第3素子53と第3配線63との間の距離は、第3素子53と第1配線61との間の距離よりも短く、第3素子53と第2配線62との間の距離よりも短く、第3素子53と第4配線64との間の距離よりも短い。
図7(b)に示すように、第4素子54と第4配線64との間の距離は、第4素子54と第1配線61との間の距離よりも短く、第4素子54と第2配線62との間の距離よりも短く、第4素子54と第3配線63との間の距離よりも短い。
第1素子51は、第1素子端部51a及び第1素子他端部51bを含む。第1素子端部51aと第1配線端部61aとの間の距離は、第1素子端部51aと第1配線他端部61bとの間の距離よりも短い。第1素子他端部51bと第1配線他端部61bとの間の距離は、第1素子他端部51bと第1配線端部61aとの間の距離よりも短い。
第2素子52は、第2素子端部52a及び第2素子他端部52bを含む。第2素子端部52aと第2配線端部62aとの間の距離は、第2素子端部52aと第2配線他端部62bとの間の距離よりも短い。第2素子他端部52bと第2配線他端部62bとの間の距離は、第2素子他端部52bと第2配線端部62aとの間の距離よりも短い。
第3素子53は、第3素子端部53a及び第3素子他端部53bを含む。第3素子端部53aと第3配線端部63aとの間の距離は、第3素子端部53aと第3配線他端部63bとの間の距離よりも短い。第3素子他端部53bと第3配線他端部63bとの間の距離は、第3素子他端部53bと第3配線端部63aとの間の距離よりも短い。
第4素子54は、第4素子端部54a及び第4素子他端部54bを含む。第4素子端部54aと第4配線端部64aとの間の距離は、第4素子端部54aと第4配線他端部64bとの間の距離よりも短い。第4素子他端部54bと第4配線他端部64bとの間の距離は、第4素子他端部54bと第4配線端部64aとの間の距離よりも短い。
既に説明したように、磁気センサ130において、図6(a)~図6(f)に関して説明した電流、電位及び磁界が適用できる。例えば、第3配線63には、第2配線62と同様の電圧が印加される。例えば、第4配線64には、第1配線61と同様の電圧が印加される。
例えば、第1時刻tm1において、第1配線端部61aの電位は、第1配線他端部61bの電位よりも高い。第2時刻tm2において、第1配線端部61aの電位は、第1配線他端部61bの電位よりも低い。
第1時刻tm1において、第2配線端部62aの電位は、第2配線他端部62bの電位よりも低い。第2時刻tm2において、第2配線端部62aの電位は、第2配線他端部62bの電位よりも高い。
第1時刻tm1において、第3配線端部63aの電位は、第3配線他端部63bの電位よりも低い。第2時刻tm2において、第3配線端部63aの電位は、第3配線他端部63bの電位よりも高い。
第1時刻tm1において、第4配線端部64aの電位は、第4配線他端部64bの電位よりも高い。第2時刻tm2において、第4配線端部64aの電位は、第4配線他端部64bの電位よりも低い。
例えば、検出電圧回路部75dcにより印加される検出電圧Vdtに基づいて、第1素子51及び第3素子53を第1素子電流Ie1が流れる。検出電圧Vdtに基づいて、第2素子52及び第4素子54を第2素子電流Ie2が流れる。例えば、第1素子電流Ie1及び第2素子電流Ie2は、実質的に直流の電流で良い。
例えば、第1時刻tm1において第1素子51を流れる電流の向きは、第2時刻tm2において第1素子51を流れる電流の向きと同じである。第1時刻tm1において第2素子52を流れる電流の向きは、第2時刻tm2において第2素子52を流れる電流の向きと同じである。第1時刻tm1において第3素子53を流れる電流の向きは、第2時刻tm2において第3素子53を流れる電流の向きと同じである。第1時刻tm1において第4素子54を流れる電流の向きは、第2時刻tm2において第4素子54を流れる電流の向きと同じである。
この様な構成により、第1素子51及び第2素子52において、逆位相の特性が得られる。第3素子53及び第4素子54において、逆位相の特性が得られる。
図7(a)に示すように、1つの例において、第3配線他端部63bから第3配線端部63aへの方向は、第3方向D3に沿う。この例では、第3方向D3は、第1方向D1に沿う。
図8(a)に示すように、第3磁性層13の第3方向D3に沿う長さを長さL3とする。第3磁性層13の第3交差方向Dx3に沿う長さを長さW3とする。第3交差方向Dx3は、第3方向D3と交差する。第3磁性層13の第3他方向Ds3に沿う長さを長さt3とする。第3他方向Ds3は、第3方向D3及び第3交差方向Dx3を含む平面と交差する。1つの例において、第3方向D3は、例えば、X軸方向に沿う。第3交差方向Dx3は、例えば、Y軸方向に沿う。第3他方向Ds3は、例えば、Z軸方向に沿う。
例えば、長さL3は、長さW3よりも長い。長さW3は、長さt3よりも長い。このような長さの関係により、第3磁性層13の磁化13Mは、第3方向D3に沿い易くなる。偶関数の特性が得やすくなる。
図8(a)に示すように、第3素子53は、例えば、第3磁性層13、第3対向磁性層13o及び第3非磁性層13nを含む。第3非磁性層13nは、第3磁性層13と第3対向磁性層13oとの間に設けられる。例えば、外部磁界が実質的にないときに、第3磁性層13の磁化13Mは、第3対向磁性層13oの磁化13oMに沿う。
図7(a)に示すように、1つの例において、第4配線他端部64bから第4配線端部64aへの方向は、第4方向D4に沿う。この例では、第4方向D4は、第方向Dに沿う。
図8(b)に示すように、第4磁性層14の第4方向D4に沿う長さを長さL4とする。第4磁性層14の第4交差方向Dx4に沿う長さを長さW4とする。第4交差方向Dx4は、第4方向D4と交差する。第4磁性層14の第4他方向Ds4に沿う長さを長さt4とする。第4他方向Ds4は、第4方向D4及び第4交差方向Dx4を含む平面と交差する。1つの例において、第4方向D4は、例えば、X軸方向に沿う。第4交差方向Dx4は、例えば、Y軸方向に沿う。第4他方向Ds4は、例えば、Z軸方向に沿う。
例えば、長さL4は、長さW4よりも長い。長さW4は、長さt4よりも長い。このような長さの関係により、第4磁性層14の磁化14Mは、第4方向D4に沿い易くなる。偶関数の特性が得やすくなる。
図8(b)に示すように、第4素子54は、例えば、第4磁性層14、第4対向磁性層14o及び第4非磁性層14nを含む。第4非磁性層14nは、第4磁性層14と第4対向磁性層14oとの間に設けられる。例えば、外部磁界が実質的にないときに、第4磁性層14の磁化14Mは、第4対向磁性層14oの磁化14oMに沿う。
図9に示すように、1つの例において、制御回路部70CNは、第1制御回路70A及び第2制御回路70Bを含む。第1制御回路70Aは、検出回路部70DTから出力された信号sg1をフーリエ変換した結果70Arを出力する。第1制御回路70Aは、例えば、FFT回路である。
第2制御回路70Bは、第1制御回路70Aから出力された結果70Arに基づいて、制御信号(例えば、第1~第4制御信号sc1~sc4など)を、第1直流回路部71dc、第2直流回路部72dc、第3直流回路部73dc、及び、第4直流回路部74dcの少なくともいずれかに供給する。第2制御回路70Bは、例えば、演算回路である。第2制御回路70Bは、例えば、外部磁界が実質的にないときに、検出回路部70DTから出力される信号sg1の第1周波数f1の成分が小さくなるような制御信号を出力可能である。
制御回路部70CNに関するこのような構成は、第2実施形態及び第3実施形態に適用できる。制御回路部70CNは、外部磁界が実質的にないときに、検出回路部70DTから出力される信号sg1の第1周波数f1の成分が小さくなるような制御信号を出力可能である。
実施形態において、制御信号(例えば、第1~第4制御信号sc1~sc4など)により第1~第4直流電圧Vdc1~Vdc4が制御される。この制御はフィードバック制御でも良い。例えば、連続的により第1~第4直流電圧Vdc1~Vdc4が制御されても良い。例えば、外部磁界が急激に変化したことが検出されても良い。
実施形態において、交流電圧Vacの周波数(第1周波数f1)は、例えば、1kHz以上100kHz以下である。
実施形態は、以下の構成(例えば技術案)を含んでも良い。
(構成1)
第1配線端部及び第1配線他端部を含む第1配線と、
前記第1配線と電気的に直列に接続された第1交流伝達素子と、
を含み、第1回路端部及び第1回路他端部を含む第1配線回路と、
前記第1回路端部及び前記第1回路他端部の間に交流電圧を印加可能な交流回路部と、
前記第1配線端部及び前記第1配線他端部に第1直流電圧を印加可能な第1直流回路部と、
第1磁性層を含む第1素子と、
を備えた、磁気センサ。
(構成2)
前記第1配線に流れる第1電流が正極性であるときに前記第1電流の絶対値が増大すると前記第1素子の第1電気抵抗は増大し、
前記第1配線に流れる前記第1電流が負極性であるときに前記第1電流の絶対値が増大すると前記第1電気抵抗は増大する、構成1記載の磁気センサ。
(構成3)
前記第1電気抵抗に応じた信号を出力可能な検出回路部をさらに備えた、構成2記載の磁気センサ。
(構成4)
制御回路部をさらに備え、
前記制御回路部は、前記検出回路部から出力される信号に基づいて、前記第1電気抵抗が前記第1電流に対して偶関数に近付くように、前記第1直流電圧を制御することが可能である、構成3記載の磁気センサ。
(構成5)
制御回路部をさらに備え、
前記交流電圧は第1周波数を有し、
前記制御回路部は、外部磁界が実質的にないときに、前記検出回路部から出力される信号の前記第1周波数の成分が小さくなるように、前記第1直流電圧を制御することが可能である、構成3記載の磁気センサ。
(構成6)
前記第1配線端部から前記第1配線他端部への方向は、第1方向に沿い、
前記第1磁性層の前記第1方向に沿う長さは、前記第1磁性層の第1交差方向に沿う長さよりも長く、前記第1交差方向は、前記第1方向と交差し、
前記第1磁性層の前記第1交差方向に沿う前記長さは、前記第1磁性層の第1他方向に沿う長さよりも長く、前記第1他方向は、前記第1方向及び前記第1交差方向を含む平面と交差した、構成1~5のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成7)
前記第1素子は、
第1対向磁性層と、
前記第1磁性層と前記第1対向磁性層との間に設けられた第1非磁性層と、
を含む、構成1~6のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成8)
第2配線端部及び第2配線他端部を含む第2配線と、
前記第2配線と電気的に直列に接続された第2交流伝達素子と、
を含み、第2回路端部及び第2回路他端部を含む第2配線回路と、
前記第2配線端部及び前記第2配線他端部との間に第2直流電圧を印加可能な第2直流回路部と、
第2磁性層を含む第2素子と、
第1抵抗素子と、
第2抵抗素子と、
検出電圧回路部と、
をさらに備え、
前記交流回路部は、前記第2回路端部及び前記第2回路他端部の間に前記交流電圧をさらに印加可能であり、
前記第1素子、前記第1抵抗素子、前記第2素子及び前記第2抵抗素子は、ブリッジ回路を形成し、
前記検出電圧回路部は、前記ブリッジ回路に検出電圧を印加可能であり、
前記検出回路部は、前記第1素子及び前記第1抵抗素子の電気的な第1接続点の電位と、前記第2素子及び前記第2抵抗素子の電気的な第2接続点の電位と、の差に応じた信号を出力可能であり、
前記制御回路部は、前記検出回路部から出力された前記信号に基づいて、前記第1直流電圧及び前記第2直流電圧の少なくともいずれかを制御することが可能である、構成1記載の磁気センサ。
(構成9)
前記第1抵抗素子は、前記第1素子と電気的に直列に接続され、
前記第2抵抗素子は、前記第2素子と電気的に直列に接続され、
前記第1素子及び前記第1抵抗素子を含む第1素子回路、及び、前記第2素子及び前記第2抵抗素子を含む第2素子回路は、電気的に並列に接続され、
前記検出電圧回路部は、前記第1素子回路及び前記第2素子回路に前記検出電圧を印加する、構成8記載の磁気センサ。
(構成10)
前記交流電圧に基づいて前記第1配線を第1交流電流が流れ、
前記交流電圧に基づいて前記第2配線を第2交流電流が流れ、
少なくとも1つの時刻において、前記第1素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第1交流電流の位相は、前記第2素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第2交流電流の位相と、逆である、構成8または9に記載の磁気センサ。
(構成11)
前記第1配線と前記第1素子との間の距離は、前記第1配線と前記第2素子との間の距離よりも短く、
前記第2配線と前記第2素子との間の距離は、前記第2配線と前記第1素子との間の距離よりも短く、
前記第1素子は、第1素子端部及び第1素子他端部を含み、
前記第1素子端部と前記第1配線端部との間の距離は、前記第1素子端部と前記第1配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第1素子他端部と前記第1配線他端部との間の距離は、前記第1素子他端部と前記第1配線端部との間の距離よりも短く、
前記第2素子は、第2素子端部及び第2素子他端部を含み、
前記第2素子端部と前記第2配線端部との間の距離は、前記第2素子端部と前記第2配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第2素子他端部と前記第2配線他端部との間の距離は、前記第2素子他端部と前記第2配線端部との間の距離よりも短く、
第1時刻において、前記第1配線端部の電位は、前記第1配線他端部の電位よりも高く、
第2時刻において、前記第1配線端部の前記電位は、前記第1配線他端部の前記電位よりも低く、
前記第1時刻において、前記第2配線端部の電位は、前記第2配線他端部の電位よりも低く、
前記第2時刻において、前記第2配線端部の前記電位は、前記第2配線他端部の前記電位よりも高く、
前記第1時刻において前記第1素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第1素子を流れる電流の向きと同じであり、
前記第1時刻において前記第2素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第2素子を流れる電流の向きと同じである、構成8または9に記載の磁気センサ。
(構成12)
前記第1時刻及び前記第2時刻において、前記第1素子端部から前記第1素子他端部に向けて前記第1素子を前記電流が流れ、
前記第1時刻及び前記第2時刻において、前記第2素子端部から前記第2素子他端部に向けて前記第2素子を前記電流が流れる、構成11記載の磁気センサ。
(構成13)
前記第2配線他端部から前記第2配線端部への方向は、第2方向に沿い、
前記第2磁性層の前記第2方向に沿う長さは、前記第2磁性層の第2交差方向に沿う長さよりも長く、前記第2交差方向は、前記第2方向と交差し、
前記第2磁性層の前記第2交差方向に沿う前記長さは、前記第2磁性層の第2他方向に沿う長さよりも長く、前記第2他方向は、前記第2方向及び前記第2交差方向を含む平面と交差した、構成6~12のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成14)
第2配線端部及び第2配線他端部を含む第2配線と、
前記第2配線と電気的に直列に接続された第2交流伝達素子と、
を含み、第2回路端部及び第2回路他端部を含む第2配線回路と、
前記第2配線端部及び前記第2配線他端部との間に第2直流電圧を印加可能な第2直流回路部と、
第2磁性層を含む第2素子と、
第3配線端部及び第3配線他端部を含む第3配線と、
前記第3配線と電気的に直列に接続された第3交流伝達素子と、
を含み、第3回路端部及び第3回路他端部を含む第3配線回路と、
前記第3配線端部及び前記第3配線他端部との間に第3直流電圧を印加可能な第3直流回路部と、
第3磁性層を含む第3素子と、
第4配線端部及び第4配線他端部を含む第4配線と、
前記第4配線と電気的に直列に接続された第4交流伝達素子と、
を含み、第4回路端部及び第4回路他端部を含む第4配線回路と、
前記第4配線端部及び前記第4配線他端部との間に第4直流電圧を印加可能な第4直流回路部と、
第4磁性層を含む第4素子と、
検出電圧回路部と、
検出回路部と、
制御回路部と、
をさらに備え、
前記交流回路部は、前記第2回路端部及び前記第2回路他端部の間、前記第3回路端部及び前記第3回路他端部の間、及び、前記第4回路端部及び前記第4回路他端部の間に前記交流電圧をさらに印加可能であり、
前記第1素子及び前記第3素子は互いに電気的に接続され、
前記第2素子及び前記第4素子は互いに電気的に接続され、
前記第1素子及び前記第3素子を含む第1素子回路、及び、前記第2素子及び前記第4素子を含む第2素子回路は、電気的に並列に接続され、
前記検出電圧回路部は、前記第1素子回路及び前記第2素子回路に検出電圧を印加可能であり、
前記検出回路部は、前記第1素子及び前記第3素子の電気的な第1接続点の電位と、前記第2素子及び前記第4素子の電気的な第2接続点の電位と、の差に応じた信号を出力可能であり、
前記制御回路部は、前記検出回路部から出力された前記信号に基づいて、前記第1直流電圧、前記第2直流電圧、前記第3直流電圧及び前記第4直流電圧の少なくともいずれかを制御することが可能である、構成1記載の磁気センサ。
(構成15)
前記交流電圧に基づいて前記第1配線を第1交流電流が流れ、
前記交流電圧に基づいて前記第2配線を第2交流電流が流れ、
前記交流電圧に基づいて前記第3配線を第3交流電流が流れ、
前記交流電圧に基づいて前記第4配線を第4交流電流が流れ、
少なくとも1つの時刻において、前記第1素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第1交流電流の第1位相は、前記第2素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第2交流電流の第2位相と、逆であり、
少なくとも1つの時刻において、前記第3素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第3交流電流の第3位相は、前記第4素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第4交流電流の第4位相と、逆である、構成14記載の磁気センサ。
(構成16)
前記第1位相は、前記第4位相と同じであり、
前記第2位相は、前記第3位相と同じである、構成15記載の磁気センサ。
(構成17)
前記第1素子と前記第1配線との間の距離は、前記第1素子と前記第2配線との間の距離よりも短く、前記第1素子と前記第3配線との間の距離よりも短く、前記第1素子と前記第4配線との間の距離よりも短く、
前記第2素子と前記第2配線との間の距離は、前記第2素子と前記第1配線との間の距離よりも短く、前記第2素子と前記第3配線との間の距離よりも短く、前記第2素子と前記第4配線との間の距離よりも短く、
前記第3素子と前記第3配線との間の距離は、前記第3素子と前記第1配線との間の距離よりも短く、前記第3素子と前記第2配線との間の距離よりも短く、前記第3素子と前記第4配線との間の距離よりも短く、
前記第4素子と前記第4配線との間の距離は、前記第4素子と前記第1配線との間の距離よりも短く、前記第4素子と前記第2配線との間の距離よりも短く、前記第4素子と前記第3配線との間の距離よりも短く、
前記第1素子は、第1素子端部及び第1素子他端部を含み、
前記第1素子端部と前記第1配線端部との間の距離は、前記第1素子端部と前記第1配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第1素子他端部と前記第1配線他端部との間の距離は、前記第1素子他端部と前記第1配線端部との間の距離よりも短く、
前記第2素子は、第2素子端部及び第2素子他端部を含み、
前記第2素子端部と前記第2配線端部との間の距離は、前記第2素子端部と前記第2配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第2素子他端部と前記第2配線他端部との間の距離は、前記第2素子他端部と前記第2配線端部との間の距離よりも短く、
前記第3素子は、第3素子端部及び第3素子他端部を含み、
前記第3素子端部と前記第3配線端部との間の距離は、前記第3素子端部と前記第3配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第3素子他端部と前記第3配線他端部との間の距離は、前記第3素子他端部と前記第3配線端部との間の距離よりも短く、
前記第4素子は、第4素子端部及び第4素子他端部を含み、
前記第4素子端部と前記第4配線端部との間の距離は、前記第4素子端部と前記第4配線他端部との間の距離よりも短く、
前記第4素子他端部と前記第4配線他端部との間の距離は、前記第4素子他端部と前記第4配線端部との間の距離よりも短く、
第1時刻において、前記第1配線端部の電位は、前記第1配線他端部の電位よりも高く、
第2時刻において、前記第1配線端部の前記電位は、前記第1配線他端部の前記電位よりも低く、
前記第1時刻において、前記第2配線端部の電位は、前記第2配線他端部の電位よりも低く、
前記第2時刻において、前記第2配線端部の前記電位は、前記第2配線他端部の前記電位よりも高く、
前記第1時刻において、前記第3配線端部の電位は、前記第3配線他端部の電位よりも低く、
前記第2時刻において、前記第3配線端部の前記電位は、前記第3配線他端部の前記電位よりも高く、
前記第1時刻において、前記第4配線端部の電位は、前記第4配線他端部の電位よりも高く、
前記第2時刻において、前記第4配線端部の前記電位は、前記第4配線他端部の前記電位よりも低く、
前記第1時刻において前記第1素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第1素子を流れる電流の向きと同じであり、
前記第1時刻において前記第2素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第2素子を流れる電流の向きと同じであり、
前記第1時刻において前記第3素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第3素子を流れる電流の向きと同じであり、
前記第1時刻において前記第4素子を流れる電流の向きは、前記第2時刻において前記第4素子を流れる電流の向きと同じである、構成14~16のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成18)
前記制御回路部は、
前記検出回路部から出力された前記信号をフーリエ変換した結果を出力する第1制御回路と、
前記第1制御回路から出力された前記結果に基づいて、制御信号を、前記第1直流回路部、前記第2直流回路部、前記第3直流回路部、及び、前記第4直流回路部の少なくともいずれかに供給する第2制御回路と、
を含む、構成14~17のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成19)
前記交流電圧は第1周波数を有し、
前記制御回路部は、外部磁界が実質的にないときに、前記検出回路部から出力される信号の前記第1周波数の成分が小さくなるような制御信号を出力可能である、構成8~18のいずれか1つに記載の磁気センサ。
(構成20)
前記第3配線他端部から前記第3配線端部への方向は、第3方向に沿い、
前記第3磁性層の前記第3方向に沿う長さは、前記第3磁性層の第3交差方向に沿う長さよりも長く、前記第3交差方向は、前記第3方向と交差し、
前記第3磁性層の前記第3交差方向に沿う前記長さは、前記第3磁性層の第3他方向に沿う長さよりも長く、前記第3他方向は、前記第3方向及び前記第3交差方向を含む平面と交差し、
前記第4配線他端部から前記第4配線端部への方向は、第4方向に沿い、
前記第4磁性層の前記第4方向に沿う長さは、前記第4磁性層の第4交差方向に沿う長さよりも長く、前記第4交差方向は、前記第4方向と交差し、
前記第4磁性層の前記第4交差方向に沿う前記長さは、前記第4磁性層の第4他方向に沿う長さよりも長く、前記第4他方向は、前記第4方向及び前記第4交差方向を含む平面と交差した、構成14~19のいずれか1つに記載の磁気センサ。
実施形態によれば、特性を向上できる磁気センサを提供できる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気センサに含まれる磁性層、非磁性層、配線、回路、交流伝達素子及び回路部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気センサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気センサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11~14…第1~第4磁性層、 11M~14M…磁化、 11n~14n…第1~第4非磁性層、 11o~14o…第1~第4対向磁性層、 11oM~14oM…磁化、 21~24…第1~第4配線回路、 21a~24a…第1~第4回路端部、 21b~24b…第1~第4回路他端部、 25a、25b…第1、第2素子回路、 26a、26b、27a、27b、28a、28b…配線、 31~34…第1~第4交流伝達素子、 41、42…第1、第2抵抗素子、 41a、42a…第1、第2抵抗素子端部、 41b、42b…第1、第2抵抗素子他端部、 51~54…第1~第4素子、 51a~54a…第1~第4素子端部、 51b~54b…第1~第4素子他端部、 61~64…第1~第4配線、 61a~64a…第1~第4配線端部、 61b~64b…第1~第4配線他端部、 70A、70B…第1、第2制御回路、 70Ar…結果、 70CN…制御回路部、 70DT…検出回路部、 71dc~75dc…第1~第4直流回路部、 75ac…交流回路部、 75dc…検出電圧回路部、 110、120、130…磁気センサ、 D1~D4…第1~第4方向、 Ds1~Ds4…第1~第4他方向、 Dx1~Dx4…第1~第4交差方向、 Ea1、Ea2…電位、 GND…グランド、 Ha1~Ha4…第1~第4交流磁界、 Hax…交流磁界、 Hex…外部磁界、 Hm、Hx…磁界、 Ia1…第1電流、 Iac1~Iac4…第1~第4交流電流、 Ie1、Ie2…第1、第2素子電流、 L1~L4…第1~第4長さ、 R0、Rx…抵抗、 R1…第1電気抵抗、 Sigx…信号、 Vac…交流電圧、 Vdc1~Vdc4…第1~第4直流電圧、 Vdt…検出電圧、 Vx…電圧、 W1~W4…長さ、 cp1、cp2…第1、第2接続点、 sc1~sc4…第1~第4制御信号、 sg1…信号、 t1~t4…長さ、 tm…時間、 tm1、tm2…第1、第2時刻

Claims (8)

  1. 第1配線端部及び第1配線他端部を含む第1配線と、
    前記第1配線と電気的に直列に接続された第1交流伝達素子と、
    を含み、第1回路端部及び第1回路他端部を含む第1配線回路と、
    前記第1回路端部及び前記第1回路他端部の間に交流電圧を印加可能な交流回路部と、
    前記第1配線端部及び前記第1配線他端部に第1直流電圧を印加可能な第1直流回路部と、
    第1磁性層を含む第1素子と、
    検出回路部と、
    を備え
    前記第1配線に流れる第1電流が正極性であるときに前記第1電流の絶対値が増大すると前記第1素子の第1電気抵抗は増大し、
    前記第1配線に流れる前記第1電流が負極性であるときに前記第1電流の絶対値が増大すると前記第1電気抵抗は増大し
    前記検出回路部は、前記第1電気抵抗に応じた信号を出力可能であり、
    前記検出回路部は、前記第1配線回路と接続されない、磁気センサ。
  2. 制御回路部をさらに備え、
    前記交流電圧は第1周波数を有し、
    前記制御回路部は、外部磁界が実質的にないときに、前記検出回路部から出力される信号の前記第1周波数の成分が小さくなるように、前記第1直流電圧を制御することが可能である、請求項記載の磁気センサ。
  3. 第2配線端部及び第2配線他端部を含む第2配線と、
    前記第2配線と電気的に直列に接続された第2交流伝達素子と、
    を含み、第2回路端部及び第2回路他端部を含む第2配線回路と、
    前記第2配線端部及び前記第2配線他端部との間に第2直流電圧を印加可能な第2直流回路部と、
    第2磁性層を含む第2素子と、
    第1抵抗素子と、
    第2抵抗素子と、
    検出電圧回路部と、
    制御回路部と、
    をさらに備え、
    前記交流回路部は、前記第2回路端部及び前記第2回路他端部の間に前記交流電圧をさらに印加可能であり、
    前記第1素子、前記第1抵抗素子、前記第2素子及び前記第2抵抗素子は、ブリッジ回路を形成し、
    前記検出電圧回路部は、前記ブリッジ回路に検出電圧を印加可能であり、
    前記検出回路部は、前記第1素子及び前記第1抵抗素子の電気的な第1接続点の電位と、前記第2素子及び前記第2抵抗素子の電気的な第2接続点の電位と、の差に応じた信号を出力可能であり、
    前記制御回路部は、前記検出回路部から出力された前記信号に基づいて、前記第1直流電圧及び前記第2直流電圧の少なくともいずれかを制御することが可能である、請求項1記載の磁気センサ。
  4. 前記交流電圧に基づいて前記第1配線を第1交流電流が流れ、
    前記交流電圧に基づいて前記第2配線を第2交流電流が流れ、
    少なくとも1つの時刻において、前記第1素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第1交流電流の位相は、前記第2素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第2交流電流の位相と、逆である、請求項記載の磁気センサ。
  5. 第2配線端部及び第2配線他端部を含む第2配線と、
    前記第2配線と電気的に直列に接続された第2交流伝達素子と、
    を含み、第2回路端部及び第2回路他端部を含む第2配線回路と、
    前記第2配線端部及び前記第2配線他端部との間に第2直流電圧を印加可能な第2直流回路部と、
    第2磁性層を含む第2素子と、
    第3配線端部及び第3配線他端部を含む第3配線と、
    前記第3配線と電気的に直列に接続された第3交流伝達素子と、
    を含み、第3回路端部及び第3回路他端部を含む第3配線回路と、
    前記第3配線端部及び前記第3配線他端部との間に第3直流電圧を印加可能な第3直流回路部と、
    第3磁性層を含む第3素子と、
    第4配線端部及び第4配線他端部を含む第4配線と、
    前記第4配線と電気的に直列に接続された第4交流伝達素子と、
    を含み、第4回路端部及び第4回路他端部を含む第4配線回路と、
    前記第4配線端部及び前記第4配線他端部との間に第4直流電圧を印加可能な第4直流回路部と、
    第4磁性層を含む第4素子と、
    検出電圧回路部と
    御回路部と、
    をさらに備え、
    前記交流回路部は、前記第2回路端部及び前記第2回路他端部の間、前記第3回路端部及び前記第3回路他端部の間、及び、前記第4回路端部及び前記第4回路他端部の間に前記交流電圧をさらに印加可能であり、
    前記第1素子及び前記第3素子は互いに電気的に接続され、
    前記第2素子及び前記第4素子は互いに電気的に接続され、
    前記第1素子及び前記第3素子を含む第1素子回路、及び、前記第2素子及び前記第4素子を含む第2素子回路は、電気的に並列に接続され、
    前記検出電圧回路部は、前記第1素子回路及び前記第2素子回路に検出電圧を印加可能であり、
    前記検出回路部は、前記第1素子及び前記第3素子の電気的な第1接続点の電位と、前記第2素子及び前記第4素子の電気的な第2接続点の電位と、の差に応じた信号を出力可能であり、
    前記制御回路部は、前記検出回路部から出力された前記信号に基づいて、前記第1直流電圧、前記第2直流電圧、前記第3直流電圧及び前記第4直流電圧の少なくともいずれかを制御することが可能である、請求項1記載の磁気センサ。
  6. 前記交流電圧に基づいて前記第1配線を第1交流電流が流れ、
    前記交流電圧に基づいて前記第2配線を第2交流電流が流れ、
    前記交流電圧に基づいて前記第3配線を第3交流電流が流れ、
    前記交流電圧に基づいて前記第4配線を第4交流電流が流れ、
    少なくとも1つの時刻において、前記第1素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第1交流電流の第1位相は、前記第2素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第2交流電流の第2位相と、逆であり、
    少なくとも1つの時刻において、前記第3素子に加わる外部磁界の向きを基準にした、前記第3交流電流の第3位相は、前記第4素子に加わる前記外部磁界の向きを基準にした、前記第4交流電流の第4位相と、逆である、請求項記載の磁気センサ。
  7. 前記制御回路部は、
    前記検出回路部から出力された前記信号をフーリエ変換した結果を出力する第1制御回路と、
    前記第1制御回路から出力された前記結果に基づいて、制御信号を、前記第1直流回路部、前記第2直流回路部、前記第3直流回路部、及び、前記第4直流回路部の少なくともいずれかに供給する第2制御回路と、
    を含む、請求項またはに記載の磁気センサ。
  8. 前記交流電圧は第1周波数を有し、
    前記制御回路部は、外部磁界が実質的にないときに、前記検出回路部から出力される信号の前記第1周波数の成分が小さくなるような制御信号を出力可能である、請求項のいずれか1つに記載の磁気センサ。
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