JPS634980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は磁気抵抗効果素子を用いた磁気信号
伝送装置に関する。

磁気抵抗効果素子としてはたとえば鉄―ニツケ
ル合金により構成されるパーマロイ素子が用いら
れるが、この素子はこれに磁界が与えられたと
き、その磁界による異方性磁気抵抗効果を持つて
いることが知られている。

第１図はこの異方性磁気抵抗効果の特性を示し
ている。

近年、半導体技術の進歩に伴つてこの素子をシ
リコンウエハー上に薄膜蒸着したものが発表され
ている。ところがこの素子は温度変化に対して、
非常に敏感で、換言すれば温度による変化は磁界
による変化よりはるかに大きいので、この影響を
避けるため磁気抵抗効果素子をブリツジに組んで
使用するのが普通である。第２図は磁気抵抗効果
素子でブリツジ回路を形成した従来の回路を示す
ものである。このブリツジ回路は磁気抵抗効果素
子の異方性磁気抵抗効果のため磁界Ｈ１が矢印方
向に加わつた時には、その磁界と交差する素子Ｒ
１およびＲ３は磁界Ｈ１の影響をうけて、その抵
抗値が減少するが、磁界Ｈ１と平行な素子Ｒ２，
Ｒ４は変化しないためブリツジ出力が得られる。
このブリツジ出力対磁束密度のグラフを第３図に
示す。ところがこのグラフから明らかなように、
このブリツジ出力はヒステリシスを持つているこ
とが理解される。今、たとえば、ブリツジ回路に
付勢磁界が与えられてないとき、出力は内部磁石
のみによりバイアスされ、点Ａであつたとする。
そしてブリツジ回路に与えられる付勢磁界が増大
し、点Ｂになつたら出力回路が働くように設定さ
れているとする。このときここに外部から内部磁
界に対して90の傾きを持つ好ましくない外部磁界
が加わると出力は点Ｃの方向へ移動し、この状態
で外部磁界が取り去られた後は、点Ａ１に行き、
点Ａにはもどらない。これはブリツジ出力のドリ
フトを意味し、送受信間の距離が長いときや、付
勢コイルに流れる電流が少ないときには誤動作の
原因となつた。なおこのような好ましくない外部
磁界は、実際の使用場所では容易に磁束を発生す
るもの、たとえばモーターソレノイドを挙げるこ
とができる。

この発明は、このような従来の欠点を解決する
ためのものである。

まず、そのヒステリシスであるが、ブリツジ回
路を構成する各素子のヒステリシスが避けられな
いものとすると、これがブリツジ出力に出ないよ
うにしなければならない。そこで、第２図におい
て、このブリツジに外部磁界がＨ１に垂直に加わ
つたとすると、磁気抵抗効果素子Ｒ２およびＲ４
は磁界の影響を受けるが、他の磁気抵抗効果素子
Ｒ１およびＲ３はその影響を受けない。ここにブ
リツジ出力のヒステリシスの原因がある。ここ
で、４つの素子が全て外部磁界に対して同じ影響
を受けるようにするとこのヒステリシスがなくな
るはずである。全てが同じように働くためには、
同じ方向に磁気抵抗効果素子が配置されなければ
ならない。しかし、全ての素子が同じ向きに配置
されるということは、内部磁界の変化も受けない
ということになり、ブリツジ出力は変化しないこ
とになる。ここで、第２図において磁石２の周囲
の磁束密度の変化を第４図に示す。この図は磁石
２から４mm離れた点の磁束密度の変化を示してい
る。このグラフによると第２図において磁石２の
中心から右側の磁束密度を増加する方向にとる
と、磁石２の中心から左側の磁束密度は減少する
ことになる。

そこで複数個の磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３，Ｒ４を第５図に示すようにたがいに平行に
配設するとともに、これらの素子によつてブリツ
ジ回路を形成し、このブリツジ回路に、磁石２に
よつて各磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ
４の配設方向と交差する方向すなわちこの実施例
においては垂直方向に磁気バイアスを与え、これ
によつてブリツジ回路中、たがいに対向する第１
組の辺の素子Ｒ１，Ｒ３を、磁石２の中心から磁
束密度が増大する側に、またたがいに対向する第
２組の辺の素子Ｒ２，Ｒ４を、磁石２の中心から
磁束密度が減少する側に配設している。

このブリツジ回路の働きを第６図を参照して説
明する。今、付勢磁界がブリツジ回路を付勢する
のに十分な値にないとき、素子Ｒ１，Ｒ３が配置
されている場所を点Ａ，点Ｂとし、また素子Ｒ
２，Ｒ４が配置されている場所を点Ｃ，点Ｄとす
る。すると各素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はその
点の磁束密度でバイアスされ、ブリツジ出力が出
る。この状態でブリツジ回路に付勢磁界が与えら
れると磁束密度が変化し、各素子のバイアスはＡ
１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１となり、ブリツジ回路４素
子の中、たがいに対向する第１組の辺の２素子Ｒ
１，Ｒ３の抵抗は全体的に減少し、逆にたがいに
対向する第２組の辺の２素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗は
全体的に増加する。このためにブリツジ出力に変
化が現われる。

第７図はこの発明における信号伝送装置のブロ
ツク図を示すものでこのブロツク図において送信
側回路は付勢磁界を発生するコイルＬと、このコ
イルに流れる電流を制御する電流制御器３および
この制御器へ信号を入力する入力部４とから構成
されている。また受信側回路は磁気抵抗効果素子
により構成されたブリツジ回路Ｂと、このブリツ
ジ回路の出力を増幅する増幅器Ａ、増幅された信
号を基準電圧と比較してスイツチングするスイツ
チング回路Ｓと、このスイツチング回路の出力を
外部に出力する出力部OTおよびこれらに電源を
供給する電源部Ｅにより構成されている。

第８図はこの発明の具体例を示すもので、この
回路は送信側回路１と受信側回路２とから構成さ
れている。送信側回路１においてコイルＬの一端
は電源の一方の端子ａに、また他端はトランジス
タTr１のコレクタに接続されている。トランジ
スタTr１のエミツタは電源の他方の端子ｂに、
またベースは抵抗Ｒ２１を介して入力端子ｃに接
続されている。電源の一方の端子ａとトランジス
タTr１のベース間には抵抗Ｒ２２が、またその
ベースと電源の他方の端子ｂ間には抵抗Ｒ２３が
接続され、これらの抵抗によつて分圧された電圧
がトランジスタTr１のベースに印加される。そ
してトランジスタTr１、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３に
より電流制御器３が形成されている。

また受信側回路２においてブリツジ回路Ｂは磁
気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４によ
り構成され、この出力端はたとえば差動増幅器等
の増幅器Ａの入力端に接続されている。この増幅
器の出力端は電圧比較器Cmの一方の端子に接続
されている。電圧比較器Cmの他方の端子は抵抗
Ｒ４，Ｒ５および可変抵抗器RVにより構成され
る基準電圧発生器Ｇに接続され、かつその出力端
は抵抗Ｒ６を介して出力回路OTを構成するトラ
ンジスタTr２のベースに接続されている。この
トランジスタのコレクタは出力端子の一方の端子
０１に、またそのエミツタは出力端子の他方の端
子０２に接続されている。また符号Ｚは定電圧回
路でトランジスタTr３、ツエナーダイオード
DZ、抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ１により構成
されている。なお符号Ｃ２はコンデンサ、Ｒ８〜
Ｒ１４は抵抗である。

次に上記構成において、送信側回路１の入力端
ｃより入つた信号によりトランジスタTr１はオ
ン・オフされ、同時にそのコレクタ電流もその入
力信号によつてオン・オフし、これによつてコイ
ルＬは入力信号に応じた磁束を断続的に発生す
る。そしてこの断続的な磁束の変化は受信側回路
２のブリツジ回路Ｂにより検出され、さらにこの
検出信号は増幅器Ａにより増幅され、この増幅器
の出力は電圧比較器Cmにより比較され、出力回
路OTの入力となり、その出力端子０１，０２に
出力される。

また第９図は回路図中の各部の波形を示す。そ
して波形Ａは入力信号、波形Ｂはコイル電流、波
形Ｃはブリツジ回路Ｂの出力、波形Ｄは出力回路
OTの出力波形をそれぞれ示している。

なお上記実施例において電流制御器３はトラン
ジスタTr１を用いたものについて説明したが、
この制御器はメカニカルなスイツチにより構成す
ることも可能である。

この発明は上述のように受信側回路を磁気抵抗
効果素子のブリツジ回路を用いて構成するととも
に送信側回路をブリツジ回路を付勢するコイルと
このコイルに流れる電流を制御する電流制御器に
より形成しているので、装置の構成が単純で、安
価に供給することができ、また送信側および受信
側をそれぞれ非磁性体金属やプラスチツクハウジ
ング等により密封することができるので、水中や
悪環境下での使用が可能となる利点がある。

さらにブリツジ回路に磁石によつて磁気バイア
スを与えているので、磁気抵抗効果素子の磁気抵
抗効果によるヒステリシスを除去することができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を示
す特性図、第２図は従来の近接スイツチのブリツ
ジ回路を示す図、第３図は第２図におけるブリツ
ジ回路の出力と磁束密度との関係を示すグラフ、
第４図は磁石の周囲の磁束密度の付勢磁界による
変化を示す図、第５図はこの発明の磁気信号伝送
装置におけるブリツジ回路を示す図、第６図は第
５図におけるブリツジ回路の動作を説明する図、
第７図はこの発明における磁気信号伝送装置のブ
ロツク図、第８図はこの発明の一実施例を示す回
路図、第９図は第８図における各部の波形を示す
図である。 １…送信側回路、２…受信側回路、３…電流制
御器、４…入力部、Ｂ…ブリツジ回路、Ａ…増幅
器、Cm…電圧比較器、Ｒ１〜Ｒ４…磁気抵抗効
果素子、Ｒ８〜Ｒ１４…抵抗、Ｒ２１〜Ｒ２３…
抵抗、RV…可変抵抗器、Ｇ…基準電圧発生器、
OT…出力回路、Tr１，Tr２，Tr３…トランジ
スタ、０１，０２…出力端子、Ｚ…定電圧回路、
DZ…ツエナーダイオード、Ｃ１，Ｃ２…コンデ
ンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の磁気抵抗効果素子をたがいに平行に
   配設するとともに、これらの素子によつてブリツ
   ジ回路を形成し、このブリツジ回路に磁石によつ
   て上記各磁気抵抗効果素子の配設方向と交差する
   方向に磁気バイアスを与え、そのブリツジ回路の
   出力を増幅器の入力とするとともにこの増幅器の
   出力を電圧比較器の一方の入力に接続し、かつこ
   の電圧比較器の他方の入力を基準電圧発生回路に
   接続し、さらに上記電圧比較器の出力を出力回路
   に接続して受信回路を形成し、一方上記ブリツジ
   回路を付勢するコイルとこのコイルに流れる電流
   を制御する電流制御器により送信回路を形成した
   磁気信号伝送装置。