JPH09197030A - 磁気センサの出力特性計測装置、および磁気センサの出力特性調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気抵抗素子を備えた磁気センサにおいて、
磁気センサからの出力信号に生じるオフセットなどを調
整するために、その出力特性を回転磁界内において簡単
に計測できる磁気センサの出力特性計測装置、およびそ
れを用いた出力特性の調整方法を提供すること。 【解決手段】 増幅回路内蔵型の磁気センサ２０の出力
特性を調整するにあたって、磁気センサ２０を配置した
位置を中心にその周囲に９０°間隔でコイル１，２，
３，４を配置し、このコイルから回転磁界を発生させ
る。このとき、磁気センサ２０の増幅回路から出力され
る信号に基づいて、磁気センサ２０のオフセット等を調
整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出装置等に
用いられる磁気センサの出力特性を計測するための出力
特性計測装置、およびこの装置を用いて行う磁気センサ
の出力特性調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】位置検出装置等に用いられる磁気センサ
の感磁回路には、一般に、図５に模式的に示すように、
互いに直交する１対の電流通路２０１、２０２を構成す
るように磁気薄膜パターン２０３が形成され、かつ、こ
れらの電流通路２０１、２０２が直列に接続されること
によって、磁気抵抗素子２２が構成されている。ここ
で、磁気薄膜パターン２０３の両端には、端子２０４、
２０５が構成されており、これらの端子２０４、２０５
間に所定の電圧を印加した状態で、磁気抵抗素子２２を
磁界内におくと、磁気抵抗素子２２の中間端子２２ａか
らは、磁界に応じた電気信号が出力される。但し、磁気
抵抗素子２２の中間端子２２ａから出力される信号に
は、磁気ヒステリシスなどに起因してオフセットがある
ため、磁気センサについては、その出力特性を計測し、
その計測結果に基づいて、そのオフセットを予め調整し
ておくのが一般的である。

【０００３】かかる出力特性を計測にあたって、従来
は、例えば、図６に示すように、回転するマグネットを
利用する方法がある。この方法に用いられる円盤状のマ
グネット６０では、その外周縁の各部分６１、６２、６
３、６４がそれぞれＮ極とＳ極とに磁化されており、こ
のマグネット６０を所定の回転駆動機構（図示せず。）
によって定速度で回転させると、センサ配置位置２０ａ
に置かれた磁気センサ２０には、磁界が加えられる。従
って、磁気センサ２０は、磁気抵抗素子２２が感磁した
結果に応じて所定の電気信号を出力する。従って、この
出力信号をオシロスコープ等によって計測すれば、磁気
センサ２０の出力特性を計測できるので、磁気センサ２
０に外部接続すべき増幅回路のオフセット抵抗（図示せ
ず。）を所定の抵抗値に変更することによって、磁気セ
ンサ２０の出力特性を調整する。

【０００４】また、上記の方法の他にも、一定方向の磁
界を作り、この磁界中で磁気センサ２０の向きを変える
ことによって、２つの方向の磁界中での磁気センサ２０
の出力特性をそれぞれ計測し、オフセット調整を行う場
合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
り行われている計測方法のうち、まず、マグネット６０
を回転させる方法では、磁気抵抗素子２２に加わる磁界
が正確に変化するように、マグネット６０を高い精度を
もって定速度で回転させる高価な機構が必要であるた
め、設備に多大なコストがかかるという問題点がある。

【０００６】一方、磁気センサ２０の方を動かして、磁
気抵抗素子２２の向きと磁界の方向とを相対的に変える
方法では、磁気センサ２０の向きを変えるのに手間がか
かるとともに、磁気センサ２０の向きを変えたときにそ
の位置がずれると、磁気センサ２０の出力特性を正確に
計測できないという問題点がある。また、磁気センサ２
０に加わる磁界は、２方向に切り換わるだけで、回転磁
界でないため、磁界の向きが連続的に切り換わるような
条件下での出力特性、すなわち、動的な出力特性を計測
できないという問題点がある。

【０００７】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
磁気センサからの出力信号に生じるオフセットなどを調
整するために、その出力特性を回転磁界内において簡単
に計測できる磁気センサの出力特性計測装置、およびそ
れを用いた出力特性の調整方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵
抗素子を具備する感磁回路、該感磁回路からの出力信号
を増幅する増幅回路、および該増幅回路に付加された回
路であって、その回路定数を変更することによって前記
増幅回路の出力信号を調整するための調整回路を備えた
磁気センサの出力特性を計測する磁気センサの出力特性
計測装置として、前記磁気抵抗素子の配置位置を中心に
その周囲に配置された複数の磁界発生用のコイルを備
え、該コイルから前記磁気抵抗素子に回転磁界を与える
回転磁界発生手段と、前記増幅回路からの出力信号を検
出する信号検出手段とを設けることを特徴とする。

【０００９】このように構成すると、コイルに供給する
電気信号を所定の条件に変化させるだけで、磁気センサ
の磁気抵抗素子に対して、安定した回転磁界を発生させ
ることができるので、回転磁界内における磁気センサの
出力特性を簡単に計測できる。従って、マグネットを正
確に回転させる機構などを必要としないので、計測装置
を安価に構成できる。また、磁気センサを固定してお
き、それに回転磁界を加えるので、磁気センサの向きを
変える必要がない分だけ、磁気センサを動かす手間や磁
気センサの位置ずれ等に起因する計測誤差が発生しな
い。それ故、磁気センサの出力特性を高い精度をもって
簡単に計測できる。しかも、磁気センサに加わる磁界
は、回転磁界であり、磁界が２つの方向で単純に切り換
わるのではないので、磁気センサの動的な出力特性を計
測できる。

【００１０】本発明において、前記回転磁界発生手段と
しては、前記複数のコイルとして前記磁気抵抗素子の配
置位置を中心にその周囲に９０°間隔で配置された４つ
の磁界発生用のコイルを備えるものを用いることがで
き、この場合には、前記４つのコイルのうち、前記磁気
抵抗素子を挟んで対向し合う２組のコイル対のそれぞれ
に対して、位相が９０°ずれた交流信号を供給すること
により、前記磁気抵抗素子に回転磁界を与えることがで
きる。

【００１１】このように構成した出力特性計測装置を使
用した磁気センサの出力特性調整方法では、前記増幅回
路からの出力信号を前記信号検出手段によって検出し、
この検出結果に基づいて、前記調整回路の回路定数を変
更することにより、前記増幅回路からの出力特性を調整
する。

【００１２】この調整方法によれば、計測するのは増幅
回路からの出力信号であるため、この出力信号のオフセ
ット調整を行えば、磁気抵抗素子に固有の磁気ヒステリ
シス等に起因するオフセット量と、増幅回路のオフセッ
ト量とを同時に調整したことになるので、調整作業の効
率を高めることができる。

【００１３】本発明において、たとえば、オフセット調
整、オペアンプの増幅率の調整、またはオペアンプのノ
イズ性能の調整を行うとすれば、前記増幅回路に含まれ
るオペアンプに対するオフセット抵抗、前記オペアンプ
に対する帰還抵抗、または前記オペアンプに対するヒス
テリシス抵抗を、抵抗値を外部から変更可能な抵抗とし
て構成すればよい。

【００１４】ここで、前記調整回路を構成する抵抗をレ
ーザトリミング抵抗として構成した場合には、磁気セン
サをハイブリッドＩＣ化した場合でも、抵抗値を簡単に
変更できる。

【００１５】本発明では、前記磁気センサは、前記磁気
抵抗素子、前記増幅回路、および前記調整回路が同一の
基板上に構成されていることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施例
を説明する。

【００１７】（磁気センサの構成）図１は、本例の磁気
センサの構成を模式的に示す等価回路図である。

【００１８】図１において、磁気センサ２０は、増幅回
路一体型であり、同一の基板（図示せず。）上には、磁
気抵抗素子２２を備える感磁回路２１、この感磁回路２
１からの出力信号を増幅する増幅回路３１、および増幅
回路３１に付加された回路であって、その回路定数を調
整することによって、増幅回路３１からの出力信号を所
定の条件に調整するための調整回路３３とが構成されて
いる。磁気抵抗素子２２については、図６を参照して説
明したように、互いに直交する１対の電流通路２０１、
２０２を構成するように磁気薄膜パターン２０３が形成
され、かつ、これらの電流通路２０１、２０２が直列に
接続されている。

【００１９】本例では、調整回路３３は、増幅回路３１
を構成するオペアンプ３０に対するオフセット抵抗３２
であり、このオフセット抵抗３２は、可変抵抗として構
成されている。

【００２０】本例の磁気センサ２０では、磁気抵抗素子
２２の中間端子２２ａ（出力端子）がオペアンプ３０の
反転入力端子３０ａに電気的に接続され、非反転入力端
子３０ｂには、分圧抵抗３５とオフセット抵抗３２との
接続点が電気的接続されている。従って、磁気抵抗素子
２２の検出結果は、まず、オペアンプ３０に出力され、
この信号は、オペアンプ３０において増幅された後、オ
ペアンプ３０の出力端子３０ｃから出力される。この磁
気センサ２０では、従来の磁気センサと同様、磁気抵抗
素子２２の中間端子２２ａから、磁界に応じた電気信号
が出力されるが、磁気抵抗素子２２の中間端子２２ａか
ら出力される信号には、磁気ヒステリシスなどに起因す
るオフセットがあるため、磁気センサ２０については、
その出力特性を計測し、その計測結果に基づいて、その
オフセットを予め調整しておく必要がある。また、増幅
回路３１自身にも、オフセットがあるため、このオフセ
ットも予め調整しておく必要がある。

【００２１】（磁気センサの出力特性計測装置）図２
は、本例の磁気センサの出力特性計測装置の概略構成図
である。

【００２２】図２に示すように、磁気センサ２０の出力
特性を計測するために、本例の磁気センサの出力特性計
測装置１０では、磁気センサ２０を所定の位置に配置し
ておくための治具５（磁気センサ２０の配置位置）と、
この治具５を中心にその周りに９０°間隔で、かつ等距
離の位置に配置された４つの磁界発生用のコイル１１、
１２、１３、１４からなる４重極コイル１５と、各コイ
ル１１、１２、１３、１４に対する可変電圧電源１１
ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃと、磁気センサ２０の出力
信号（増幅回路３１からの出力信号）を検出するオシロ
スコープ２５（信号検出手段）とから構成されている。
４つの磁界発生用のコイル１１、１２、１３、１４は、
いずれも、治具５に端部を向けた磁心に対して、同じ方
向に、かつ同じ巻数をもって巻回され、磁気回路的に等
価である。

【００２３】図３は、本例の磁気センサの出力特性計測
装置において４重極コイルに通電する駆動信号の波形図
である。

【００２４】このように構成した出力特性計測装置１０
では、磁気センサ２０に回転磁界を与えて、その動的な
出力特性を計測できるように、各可変電圧電源１１ｃ、
１２ｃ、１３ｃ、１４ｃは、コイル１１、１２、１３、
１４に対して、正弦波形を有する所定の駆動信号を印加
する。すなわち、本例では、治具５を挟んで対向する２
組のコイル対のうち、一方のコイル対（コイル１１、１
３）に印加される電流波形を、図３（ａ）に正弦波の交
流信号４０として表したとき、他方のコイル対（コイル
１２、１４）に印加される電流波形は、図３（ｂ）に正
弦波の交流信号４１として表され、これらの交流信号４
１、４２は、振幅が同じであるが、位相が電気角で９０
°ずれている。従って、コイル１１、１３から発生する
磁界、およびコイル１２、１４から発生する磁界は、そ
れらに印加される電流波形に基づいてそれぞれ変化し、
これらの各磁界は、図２に示すように、ベクトル的に合
成して回転磁界５０として治具５上に配置された磁気セ
ンサ２０に加えられる。

【００２５】（磁気センサのオフセット調整方法）この
ようにして、本例の出力特性計測装置１０では、磁気セ
ンサ２０（磁気抵抗素子２２）に対して回転磁界５０を
与え、回転磁界５０内に置かれた磁気センサ２０の増幅
回路３１から出力されてくる信号をオシロスコープ２５
で検出する。

【００２６】図４は、オシロスコープ２５で検出された
磁気センサ２０からの出力信号の波形図である。

【００２７】図４からわかるように、調整前の磁気セン
サ２０からの出力信号をオシロスコープ２５で観測した
ときの波形は、点線４３（または４４）に示すように、
磁気抵抗素子２２に固有の磁気ヒステリシス等に起因す
るオフセット量とオペアンプのオフセット量とが合成さ
れたオフセット量ｄ１（またはｄ２）が存在する。

【００２８】そこで、本例では、オシロスコープ２５で
観測しながら、出力波形が実線４２となるようにオフセ
ット抵抗３２の抵抗値を変えてオフセットのゼロ調整を
行う。

【００２９】ここで、オフセット調整を行うための信号
検出としては、オシロスコープ２５に代えて、所定のし
きい値に基づいて磁気センサ２０からの出力信号をパル
ス変換する出力波形観測装置（信号検出手段）を用い、
そのデューティ比に基づいて、磁気センサ２０からの出
力信号のオフセットを調整してもよい。

【００３０】（本例の主な効果）以上のように、本例の
磁気センサ２０の出力特性調整装置１０、および磁気セ
ンサ２０の出力特性調整方法によれば、まず、磁界発生
用のコイル１１、１２、１３、１４（４重極コイル１
５）を介して磁気センサ２０に回転磁界を与えるため、
磁気センサ２０を固定したままで、磁気センサ２０の出
力特性を計測できる。従って、本例の出力特性計測装置
１０では、コイル１１、１２、１３、１４に加える駆動
信号さえ制御すればよく、従来の出力特性計測装置と相
違して、マグネット等を定速度で精度よく回転させる機
構を必要としない分だけ、出力特性計測装置１０を安価
に構成できる。

【００３１】また、本例の出力特性計測装置１０では、
磁気センサ２０を固定しておき、それに回転磁界を加え
るので、磁気センサ２０の向きを変える必要がない分だ
け、磁気センサ２０を動かす手間や磁気センサ２０の位
置ずれ等に起因する計測誤差が発生しない。それ故、磁
気センサ２０の出力特性を高い精度をもって簡単に計測
できる。

【００３２】さらに、磁気センサ２０に加わる磁界は、
回転磁界であり、磁界が２つの方向で単純に切り換わる
のではないので、磁気センサ２０の動的な出力特性を計
測できる。

【００３３】また、本例の磁気センサ２０は、増幅回路
内蔵型であるから、それには、磁気抵抗素子２２に起因
するオフセットと、オペアンプ３０に起因するオフセッ
トとが存在するはずであるが、本例では、これらの個々
のオフセットを調整するのでなく、磁気抵抗素子２２で
の検出信号を増幅回路３１で増幅した後の信号を検出
し、この信号に基づいて、増幅回路３１に付加してある
調整回路３３（オフセット抵抗３２）の回路定数を変更
するので、１回の調整作業で、磁気抵抗素子２２に起因
するオフセットと、オペアンプ３０に起因するオフセッ
トとを含めたオフセットを調整していることになる。そ
れ故、磁気センサ２０のオフセット調整作業を簡略化で
きる。

【００３４】（オフセット調整以外の調整方法）なお，
上記の実施例では、オフセット電圧を調整する例を説明
したが、それに限らず、他の回路定数を調整できるよう
に構成しても良い。

【００３５】すなわち、図１に示すように、磁気センサ
２０において、オペアンプ３０に対する帰還抵抗３４、
およびヒステリシス抵抗３６についても、可変抵抗とし
ておけば、これらを増幅回路３１に対する調整回路３３
として利用できる。たとえば、回転磁界中に置いた磁気
センサ２０（増幅回路３１）からの出力信号をオシロス
コープ２５で検出した結果に基づいて、帰還抵抗３４の
抵抗値を変更すれば、オペアンプ３０の増幅率を調整す
ることができる。また、ヒステリシス抵抗３６の抵抗値
を変えれば、オペアンプ３０の耐ノイズ性能を調整でき
る。

【００３６】（他の実施例）なお、オフセット抵抗３
２、帰還抵抗３４、およびヒステリシス抵抗３６のう
ち、増幅回路３１に対する調整回路３３として利用する
抵抗については可変抵抗ではなく、厚膜抵抗の一種であ
るレーザトリミング抵抗に変更すれば、磁気センサ３０
をハイブリッドＩＣとして構成することも簡単である。

【００３７】また、増幅回路３１等が磁気抵抗素子２２
と一体に構成されていないタイプの磁気センサであって
も、磁気抵抗素子２２さえ、４重極コイル１５の中心位
置に配置すれば、本例の出力特性計測装置１０を用い
て、磁気センサの出力特性を調整することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る磁気
センサの出力特性調整装置では、磁界発生用のコイルを
介して磁気センサの磁気抵抗素子に回転磁界を与えるた
め、磁気センサを固定したままで、出力特性を計測でき
る。従って、本例の出力特性計測装置では、コイルに加
える駆動信号さえ制御すればよく、従来の出力特性計測
装置とは相違してマグネット等を回転させる必要がない
分だけ、出力特性計測装置を安価に構成できる。本発明
に係る出力特性計測装置では、磁気センサを固定してお
き、それに回転磁界を加えるので、磁気センサの向きを
変える必要がない分だけ、磁気センサを動かす手間や磁
気センサの位置ずれ等に起因する計測誤差が発生しな
い。それ故、磁気センサの出力特性を高い精度をもって
簡単に計測できる。しかも、磁気センサに加わる磁界
は、回転磁界であり、磁界が２つの方向で単純に切り換
わるのではないので、磁気センサの動的な出力特性を計
測できる。

【００３９】また、磁気センサを増幅回路内蔵型に構成
した場合には、それには、磁気抵抗素子に起因するオフ
セットと、増幅回路に起因するオフセットとが存在する
はずであるが、本発明では、これらの個々のオフセット
を調整するのでなく、磁気抵抗素子での検出信号を増幅
回路で増幅した後の信号を検出し、この信号に基づい
て、増幅回路に付加してある調整回路の回路定数を変更
するので、上記２つのオフセットを１回の調整作業で調
整していることになる。それ故、磁気センサのオフセッ
ト調整作業を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る磁気センサの構成を模式
的に示す等価回路図である。

【図２】本発明の実施例に係る磁気センサの出力特性計
測装置の概略構成図である。

【図３】図２に示す出力特性計測装置において、（ａ）
は、４重極コイルのうちの一方のコイル対に加える駆動
信号の電流波形図であり、（ｂ）は、他のコイル対に加
える駆動信号の電流波形図である。

【図４】図２に示す磁気センサの出力特性計測装置にお
いて得られた磁気センサからの出力信号の波形図であ
る。

【図５】磁気センサに構成される磁気抵抗素子の構成を
模式的に示す説明図である。

【図６】従来の磁気センサの出力特性計測装置の概略構
成図である。

【符号の説明】

１０ 出力特性計測装置 １１、１２、１３、１４ コイル １１ｃ、１２ｃ、１３ｃ、１４ｃ 可変電圧電源 １５ ４重極コイル ２０ 磁気センサ ２１ 感磁回路 ２２ 磁気抵抗素子 ３０ オペアンプ ３２ オフセット抵抗 ３４ 帰還抵抗 ３６ ヒステリシス抵抗

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗
   素子を具備する感磁回路、該感磁回路からの出力信号を
   増幅する増幅回路、および該増幅回路に付加された回路
   であって、その回路定数を変更することによって前記増
   幅回路の出力信号を調整するための調整回路を備えた磁
   気センサの出力特性を計測する装置であって、 前記磁気抵抗素子の配置位置を中心にその周囲に配置さ
   れた複数の磁界発生用のコイルを備え、該コイルから前
   記磁気抵抗素子に回転磁界を与える回転磁界発生手段
   と、前記増幅回路からの出力信号を検出する信号検出手
   段とを有することを特徴とする磁気センサの出力特性計
   測装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記回転磁界発生手
   段は、前記複数のコイルとして前記磁気抵抗素子の配置
   位置を中心にその周囲に９０°間隔で配置された４つの
   磁界発生用のコイルを備え、該４つのコイルのうち、前
   記磁気抵抗素子を挟んで対向し合う２組のコイル対のそ
   れぞれに対して、位相が９０°ずれた交流信号を供給す
   ることにより、前記磁気抵抗素子に回転磁界を与えるよ
   うに構成されていることを特徴とする磁気センサの出力
   特性計測装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に規定する磁気センサ
   の出力特性計測装置を使用した磁気センサの出力特性調
   整方法であって、前記増幅回路からの出力信号を前記信
   号検出手段によって検出し、この検出結果に基づいて、
   前記調整回路の回路定数を変更することにより、前記磁
   気センサからの出力特性を調整することを特徴とする磁
   気センサの出力特性調整方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記調整回路は、前
   記増幅回路に含まれるオペアンプに対するオフセット抵
   抗、前記オペアンプに対する帰還抵抗、および前記オペ
   アンプに対するヒステリシス抵抗のうち、抵抗値を外部
   から変更可能な抵抗によって構成されていることを特徴
   とする磁気センサの出力特性調整方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記調整回路を構成
   する抵抗は、レーザトリミング抵抗として構成されてい
   ることによって、抵抗値を外部から変更可能であること
   を特徴とする磁気センサの出力特性調整方法。
6. 【請求項６】 請求項３ないし５のいずれかの項におい
   て、前記磁気センサは、前記磁気抵抗素子、前記増幅回
   路、および前記調整回路が同一の基板上に構成されてい
   ることを特徴とする磁気センサの出力特性調整方法。