JP7578599B2 - 周囲温度に基づく磁気センサ出力補償のための装置および方法 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は概して、磁気トンネル接合を利用する磁気センサに関連する。より特定すると、本発明は、周囲温度に基づく磁気センサ出力補償を対象とする。

（発明の背景）
磁気センサは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を活用し、適正な状況の下でトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサの役目を果たす。ＴＭＲセンサは、周囲磁場の存在下でその抵抗の変化を経験する。これは、ＴＭＲセンサを磁場の検出に好適にする。磁気センサの感度は、具体的なバイアス電圧に対してｍＶ／ｍＴの比として表される。これは、外部磁場の変化に対するセンサの出力電圧の変化を定義する。センサの動作温度は、いくつかの場合では、－４０℃から＋１５５℃まで有意に変動し得る。温度の変化はまた、磁気センサの感度を変化させ、いくつかの場合では、出力ドリフトは、５％変動し得る。感度の温度係数は、感度の温度依存性を定量化する。感度の熱的誘起される変動は、磁気センサの正確度を阻害する。したがって、磁気センサの出力の熱的な補償に対するニーズが存在する。

（発明の概要）
回路は、補償されていない磁気センサ出力信号を生成する磁気センサを有する。温度センサは、周囲温度信号を生成する。補償回路は、磁気センサおよび温度センサに接続されている。補償回路は、補償されていない磁気センサ出力信号の熱的誘起される変動を低減している、温度補償されている磁気センサ出力信号を生成するために、算出される温度補償信号を、補償されていない磁気センサ出力信号に加算するように構成されている。

（図面の簡単な説明）
本発明は、付属の図面と併せて受け取られる以下の詳細な説明に関連して一層ことごとく理解される。

図１は、本発明の実施形態に従って構成されているシステムを図示している。

図２は、本発明の実施形態に従って構成されている補償回路を図示している。

同様の参照番号は、図面のいくつかの図の全体を通じて、対応する部分を指す。

（発明の詳細な説明）
図１は、本発明の実施形態に従って構成されているシステム１００を図示している。システム１００は、標準的な磁気センサ１０２を含み、標準的な磁気センサ１０２は、補償されていない磁気センサ出力信号をノード１０４上に生成する。本発明に従って、標準的な磁気センサ１０２は、補償回路１０６および温度センサ１０８で補われる。温度センサ１０８は、周囲温度に比例する信号をノード１１０上に生成する。補償回路１０６は、温度補償されている磁気センサ出力信号をノード１１２上に生成するために、ノード１０４からの補償されていない磁気センサ出力信号とノード１１０からの周囲温度信号とを処理する。より特定すると、補償回路１０６は、補償されていない磁気センサ出力信号の熱的誘起される変動を低減している、温度補償されている磁気センサ出力信号を生成するために、算出される温度補償信号を、補償されていない磁気センサ出力信号に加算するように構成されている。補償回路１０６は、図２に関連して下に詳述されるように、周囲温度信号、室温信号、室温利得信号、温度係数利得信号および補償されていない磁気センサ出力信号の関数として、算出される温度補償信号を形成する。

図２は、磁気センサ１０２および温度センサ１０８と共に補償回路１０６を図示している。先に指し示されたように、磁気センサ１０２は、任意の標準的な公知の磁気センサであり得る。温度センサ１０８は、Ｔｅｘａｓ、ＤａｌｌａｓのＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによって販売されるＴＭＰ２０などの別個の温度センサ集積回路（ＩＣ）であり得、またはＴＭＲセンサと同じもしくは異なるＩＣ上に配置されるカスタム設計の温度回路であり得る。

利得変動算出ブロック２０１、乗算器２０４、加算器２１０、ブリッジ増幅器２２０およびブリッジ回路２２２は、本明細書において開示される算出を実装する。利得変動算出ブロック２０１、乗算器２０２および加算器２１０は、ハードウェア、ソフトウェアまたは混成のハードウェアおよびソフトウェア回路において実装され得る。ソフトウェア実装の場合には、シンプルプロセッサおよびこれに関連付けられるメモリは、開示される信号処理を実装するために用いられ得る。すなわち、メモリは、開示される信号処理動作を実装するためにプロセッサによって実行される命令を格納する。ハードウェア実装の場合には、加算器２１０は、演算増幅器であり得、乗算器２０４は、別個のアナログ乗算器ＩＣであり得、またはＴＭＲセンサと同じもしくは異なるＩＣ内に配置されるカスタム設計のＩＣであり得る。利得変動算出ブロック２０１は、温度センサ出力信号の関数としてプログラムされる利得を伴う演算増幅器のセットを伴って実装され得る。

温度補償される磁気センサ出力信号（Ｖ_ｃｏｍｐ）は、以下のように表され得る。
Ｖ_ｃｏｍｐ＝Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}＋（Ｇ’＊ΔＴ＊Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}）／Ｇ_０
ここで、Ｖｓｅｎｓｅは、ノード１０４上の、磁気センサ１０２からの出力信号である。Ｇ’は、利得の温度係数であり、実験データから確定され得る値（例えば一実施形態では２．５３１×１０^－３）である。ΔＴは、ノード１１０上の、温度センサ１０８からの周囲温度信号と、（例えば２３℃に対応する）室温信号値との差である。Ｇ_０は、室温での利得値の温度係数である。

利得変動算出ブロック２０１は、利得変動信号を生成するように構成されており、利得変動信号は、（Ｇ’＊ΔＴ）／Ｇ_０のように特徴付けられ得る。利得変動信号は、ノード２０２に印加される。乗算器２０４は、算出される温度補償信号を生成し、算出される温度補償信号は、（Ｇ’＊ΔＴ＊Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}）／Ｇ_０のように特徴付けられ得る。加算器２１０は、温度補償されている磁気センサ出力信号（Ｖ_ｃｏｍｐ）をノード２１２上に形成するために、Ｖ_{ｓｅｎｓｅ}と称される、ノード１０４上の、磁気センサ１０２からの出力信号を、算出される温度補償信号に加算する。ブリッジ回路２２２および増幅器２２０は、必要であれば、磁気センサからの出力信号に対して利得を提供する。

開示される補正電圧（Ｖ_ｃｏｍｐ）は、１０の倍数で感度の温度係数を低減する。開示される回路構成は、標準的な磁気センサ１０２の動作温度の範囲にわたってその５％の誤差範囲を実質的に除去する。

前述の記載は、説明の目的のために、本発明の徹底的な理解を提供するために具体的な用語体系を用いた。しかしながら、具体的な詳細が、本発明を実践するためには要求されないことは、当業者にとって明白であろう。したがって、本発明の具体的な実施形態の前述の記載は、図示および記載の目的のために提示される。これらは、包括的であることを意図されておらず、本発明を、開示される精密な形態に限定することも意図されておらず、明らかに、多くの改良および変形が、上の教示に照らして可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実践的な応用を最良に説明するために選択および記述されたものであり、これらは、それにより、他の当業者が、予定される特定の用途に適した様々な改良を伴って本発明および様々な実施形態を最良に活用することを可能とする。以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物が、本発明の範囲を定義することが、意図されている。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る。
１．
補償されていない磁気センサ出力信号を生成する磁気センサと、
周囲温度信号を生成する温度センサと、
該磁気センサおよび該温度センサに接続されている補償回路であって、該補償回路は、該補償されていない磁気センサ出力信号の熱的誘起される変動を低減している、温度補償されている磁気センサ出力信号を生成するために、算出される温度補償信号を、該補償されていない磁気センサ出力信号に加算するように構成されている、補償回路とを備える回路。
２．
前記補償回路は、前記周囲温度信号、室温信号、室温係数利得信号、温度係数利得信号および前記補償されていない磁気センサ出力信号の関数として、前記算出される温度補償信号を形成する、上記１に記載の回路。
３．
前記補償回路は、前記周囲温度信号と前記室温信号との差に基づいて温度差信号を算出する、上記２に記載の回路。
４．
前記補償回路は、前記室温係数利得信号によって除算される前記温度係数利得信号に基づいて利得比信号を算出する、上記３に記載の回路。
５．
前記補償回路は、利得変動信号を形成するために前記利得比信号と前記温度差信号とを乗算する、上記４に記載の回路。
６．
前記補償回路は、前記算出される温度補償信号を形成するために、前記補償されていない磁気センサ出力信号を前記利得変動信号に乗算する、上記５に記載の回路。

Claims (5)

1. 補償されていない磁気センサ出力信号を生成する磁気センサと、
   周囲温度信号を生成する温度センサと、
   該磁気センサおよび該温度センサに接続されている補償回路と、を含む回路であって、
   該補償回路は、該補償されていない磁気センサ出力信号の熱的誘起される変動を低減している、温度補償されている磁気センサ出力信号を生成するために、算出される温度補償信号を、該補償されていない磁気センサ出力信号に加算するように構成されている、補償回路とを備え、
   前記補償回路は、前記周囲温度信号、室温信号、室温係数利得信号、温度係数利得信号および前記補償されていない磁気センサ出力信号の関数として、前記算出される温度補償信号を形成する当該回路。
2. 前記補償回路は、前記周囲温度信号と前記室温信号との差に基づいて温度差信号を算出する、請求項１に記載の回路。
3. 前記補償回路は、前記室温係数利得信号によって除算される前記温度係数利得信号に基づいて利得比信号を算出する、請求項２に記載の回路。
4. 前記補償回路は、利得変動信号を形成するために前記利得比信号と前記温度差信号とを乗算する、請求項３に記載の回路。
5. 前記補償回路は、前記算出される温度補償信号を形成するために、前記補償されていない磁気センサ出力信号を前記利得変動信号に乗算する、請求項４に記載の回路。