DE10257253A1 - Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges - Google Patents
Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges Download PDFInfo
- Publication number
- DE10257253A1 DE10257253A1 DE10257253A DE10257253A DE10257253A1 DE 10257253 A1 DE10257253 A1 DE 10257253A1 DE 10257253 A DE10257253 A DE 10257253A DE 10257253 A DE10257253 A DE 10257253A DE 10257253 A1 DE10257253 A1 DE 10257253A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gmr
- bridge
- sensor element
- resistance elements
- element according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 44
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 14
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 11
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 101100014660 Rattus norvegicus Gimap8 gene Proteins 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
- G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2301/00—Using particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
- F01L2820/04—Sensors
- F01L2820/041—Camshafts position or phase sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein GMR-Sensorelement nach dem Hauptanspruch sowie dessen Verwendung.The invention relates to a GMR sensor element according to the main claim and its use.
Der Giant Magneto-Resistive Effekt (GMR-Effekt) lässt sich
in Form sogenannter Spin-Valve-Strukturen
(Spin-Ventile oder "Spin-Valves") für die Winkelsensierung
nutzen. Dies ist beispielsweise in WO 00/79298 oder in
GMR-Spin-Valves bestehen im Kern aus zwei ferromagnetischen Dünnschichten mit einer resultierenden Magnetisierung m1 bzw. m2, die durch eine dazwischen liegende, nicht magnetische Dünnschicht voneinander getrennt sind. Der elektrische Widerstand R(α) eines solchen Schichtsystems zeigt dann cosinusförmige Abhängigkeit von dem Winkel α zwischen der Richtung der Magnetisierung m1 und der Richtung der Magnetisierung m2 der Art: GMR spin valves essentially consist of two ferromagnetic thin layers with a resulting magnetization m 1 or m 2 , which are separated from one another by an intermediate, non-magnetic thin layer. The electrical resistance R (α) of such a layer system then shows a cosine dependence on the angle α between the direction of the magnetization m 1 and the direction of the magnetization m 2 of the type:
Die maximale relative Widerstandsänderung ΔRGMR/
GMR-Spin-Valve-Schichtsysteme werden im Übrigen meist mittels Kathodenzerstäubung der jeweiligen Materialien abgeschieden, und dann mittels üblicher Photolithographieverfahren und Ätztechniken strukturiert.GMR spin valve coating systems Furthermore usually by cathode sputtering of the respective materials, and then using conventional Photolithography and etching techniques structured.
Wesentlich für die beabsichtigte Spin-Valve-Funktion ist eine starre, durch ein von Außen auf das Schichtsystem einwirkendes Magnetfeld, das insbesondere hinsichtlich seiner Richtung und/oder Stärke detektiert werden soll, zumindest näherungsweise nicht veränderbare Richtung der Magnetisierung m1 der ersten ferromagnetischen Schicht, des sog. Reference Layer (RL) oder Referenzschicht, und eine sich leicht zumindest näherungsweise parallel zu dem äußeren Magnetfeld orientierende Richtung der Magnetisierung m2 der zweiten ferromagnetischen Schicht, des sog. Free Layer (FL) oder Detek- tionsschicht. Um beides zu erreichen, werden zum einen die beiden ferromagnetischen Schichten durch eine ausreichende Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht, des sogenannten Non-Magnetic Layer (NML), von typischerweise einigen Nanometern magnetisch entkoppelt, und die Magnetisierung der Referenzschicht (RL) z.B. durch eine zusätzliche, direkt benachbarte antiferromagnetische Schicht, einen sogenannten natürlichen Antiferromagneten (AF), und deren gegenseitige magnetische Kopplung durch Austauschwechselwirkung fixiert ("gepinnt").Essential for the intended spin valve function is a rigid direction of the magnetization m 1 of the first ferromagnetic layer, which is at least approximately unchangeable, due to a magnetic field acting on the layer system from the outside, which is to be detected in particular with regard to its direction and / or strength. of the so-called reference layer (RL) or reference layer, and a direction of the magnetization m 2 of the second ferromagnetic layer, the so-called free layer (FL) or detection layer, which is oriented slightly at least approximately parallel to the external magnetic field. To achieve both, the two ferromagnetic layers are magnetically decoupled by a sufficient thickness of the non-magnetic intermediate layer, the so-called non-magnetic layer (NML), typically of a few nanometers, and the magnetization of the reference layer (RL), for example by an additional, directly adjacent antiferromagnetic layer, a so-called natural antiferromagnet (AF), and their mutual magnetic coupling fixed ("pinned") by exchange interaction.
Dies ist schematisch in
Eine weiter verbesserte Stabilisierung
der Referenzmagnetisierung erzielt man durch Hinzufügen eines
zusätzlichen
sogenannten synthetischen oder "künstlichen" Antiferromagneten
(SAF). Dieser SAF besteht entsprechend
Um das winkelabhängige Nutzsignal zu extrahieren,
werden bei einem GMR-Sensorelement
gemäß dem Stand
der Technik vier Spin-Valve-Widerstandselemente z.B. mittels Aluminium-Dünnschichtleiterbahnen zu
einer Wheatstone'schen
Brückenschaltung
(Wheatstone-Vollbrücke)
zusammengeschaltet. Die maximale Signalamplitude erhält man bei
entsprechend
Ein GMR-Winkelsensor besitzt in der
Regel noch eine zweite Vollbrücke
aus GMR-Widerständen, deren
Referenzrichtungen, wie in
Durch Arcustangensbildung bzw. dementsprechende Algorithmen (z.B. CORDIC-Algorithmus) wird dann aus den beiden cosinus- bzw. sinusförmigen Brückensignalen Usin, Ucos der über eine volle 360°-Umdrehung eindeutige Winkel α zu der Richtung eines äußeren Magnetfeldes B bestimmt.The formation of an arc tangent or corresponding algorithms (eg CORDIC algorithm) is then used to determine the unique angle α to the direction of an external magnetic field B from the two cosine or sinusoidal bridge signals U sin , U cos over a full 360 ° revolution.
Die unterschiedlichen Referenz-Magnetisierungsrichtungen
gemäß
Bei bekannten GMR-Winkelsensoren
wird die Referenzmagnetisierung MR der einzelnen
Brückenwiderstände entweder
parallel oder senkrecht zu der Richtung der streifenförmig strukturierten
GMR-Widerstandselemente gewählt.
Dies dient dazu, den Einfluss der Formanisotropie gering zu halten.
Weiterhin werden die streifenförmig
strukturierten GMR-Widerstandselemente innerhalb einer Vollbrücke gemäß
Werden dagegen die GMR-Widerstände innerhalb
einer Halbbrücke
mit orthogonaler Ausrichtung ihrer GMR-Streifen realisiert, wie
dies beispielsweise in
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Aus den genannten Gründen weisen daher bekannte GMR-Winkelsensoren keine rotationssymmetrische Anordnung der Brückenwiderstände auf. Beide Vollbrücken sind vielmehr üblicherweise lateral nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich als Folge der fehlenden Rotationssymmetrie eine erhöhte Empfindlichkeit bekannter Sensoren bezüglich der Richtungsinhomogenität des Geberfeldes, d.h. des von Außen einwirkenden Magnetfeldes, sowie bezüglich Temperaturgradienten.Point for the reasons mentioned therefore known GMR angle sensors do not have a rotationally symmetrical arrangement of the bridge resistances. Both full bridges are rather common arranged laterally next to each other. This results in a consequence the lack of rotational symmetry an increased sensitivity known Sensors regarding the directional inhomogeneity the encoder field, i.e. the external magnetic field, as well as regarding Temperature gradient.
Dadurch, dass bei bekannten GMR-Winkelsensoren die Pinning- bzw. Referenzrichtung innerhalb eines Brückenwiderstandes stets einen festen Winkel zur Streifenrichtung aufweist, bieten diese Sensoren weiter nicht die Möglichkeit, formanisotropiebedingte Einflüsse auf das Pinningverhalten und diesbezügliche Nachteile auf die Winkelsensierungsgenauigkeit auszugleichen.The fact that with known GMR angle sensors the pinning or reference direction within a bridge resistor always have a fixed angle to the direction of the strip these sensors do not offer the possibility of shape anisotropy influences on the pinning behavior and related disadvantages on the angle sensing accuracy compensate.
Für einen 360° erfassenden Winkelsensor ist eine Rotationssymmetrie im Sensordesign hingegen sehr vorteilhaft, um nicht bereits durch eine Unsymmetrie in der Anordnung der einzelnen GMR-Widerstandselemente zusätzliche richtungsabhängige Winkelfehlerbeiträge zu erhalten.For a 360 ° one Angle sensor, on the other hand, is a rotational symmetry in the sensor design advantageous to not already due to an asymmetry in the arrangement to obtain additional direction-dependent angular error contributions of the individual GMR resistance elements.
Durch die erfindungsgemäße, rotationssymmetrische Anordnung der GMR-Widerstandselemente in den beiden Wheatstone-Brücken wird daher sowohl eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber Feldrichtungs- und Temperaturinhomogenitäten erreicht, als auch ein unerwünschter AMR-Signalbeitrag unterdrückt und weiterhin der Formanisotropie-Einfluss auf das Pinningverhalten und die Winkelsensierungsgenauig- keit des GMR-Sensorelementes reduziert.By the rotationally symmetrical according to the invention Arrangement of the GMR resistance elements in the two Wheatstone bridges is therefore both a reduced sensitivity to field direction and Temperature inhomogeneities achieved as well as an undesirable AMR signal contribution suppressed and also the shape anisotropy influence on the pinning behavior and reduces the angle sensing accuracy of the GMR sensor element.
Besonders vorteilhaft ist weiter, wenn neben der rotationssymmetrischen Anordnung der GMR-Widerstandselemente in den beiden Wheatstone-Brücken eine ineinander verschachtelte Anordnung dieser Widerstände gewählt wird. Dies führt zu einer weiter reduzierten Empfindlichkeit gegenüber Feldrichtungs- und Temperaturinhomogenitäten.It is also particularly advantageous if in addition to the rotationally symmetrical arrangement of the GMR resistance elements in the two Wheatstone bridges an interleaved arrangement of these resistors is chosen. this leads to to a further reduced sensitivity to field direction and temperature inhomogeneities.
Die Unterdrückung des störenden AMR-Signalbeitrags wird durch eine zusätzliche Aufteilung eines jeden einzelnen GMR-Brückenwiderstandselementes in zwei gleiche Hälften oder Teilbrückenwiderstände mit orthogonal zu einander orientierten GMR-Streifenrichtungen erreicht. Dies führt insbesondere auch zu einer Erhöhung der Win- kelmessgenauigkeit. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang weiter, dass sich dadurch, dass die Richtung der streifenförmig strukturierten GMR-Widerstandselemente ("GMR-Streifenrichtung") bei jeweils einem der beiden Teilbrückenwiderstände parallel und bei dem jeweils anderen Teilbrückenwiderstand senkrecht zur Pinning- bzw. Referenzrichtung gewählt wird, eine Mittelung des Einflusses von zur Streifenrichtung paralleler und senkrechter Pinningrichtungen innerhalb eines jeden der GMR-Brückenwiderstandselemente einstellt. Das Pinningverhalten ist dann wiederum für alle zweiteiligen GMR-Brückenwiderstandselemente identisch (Mittelung über jeweils beide Teile). In diesem Fall weisen die beiden Brückenausgangssignale U1, U2 zudem vorteilhaft zueinander eine 45°-Phasenverschiebung auf.The suppression of the interfering AMR signal contribution is achieved by additionally dividing each individual GMR bridge resistance element into two equal halves or partial bridge resistances with orthogonally oriented GMR strip directions. In particular, this also leads to an increase in the angle measurement accuracy. In this context, it is also advantageous that the direction of the strip-shaped structured GMR resistance elements (“GMR strip direction”) is chosen to be parallel for one of the two partial bridge resistances and perpendicular to the pinning or reference direction for the other partial bridge resistance. sets an average of the influence of pinning directions parallel and perpendicular to the stripe direction within each of the GMR bridge resistance elements. The pinning behavior is then identical for all two-part GMR bridge resistance elements (averaging over both parts). In this case, the two bridge output signals U 1 , U 2 also advantageously have a 45 ° phase shift with respect to one another.
Falls die GMR-Widerstandselemente eine Pinning- bzw. Referenzrichtung aufweisen, die zumindest näherungsweise unter 45° zu der Richtung der streifenförmig strukturierten GMR-Widerstandselemente gewählt ist, führt dies vorteilhaft zu einem identischen Pinningverhalten der einzelnen GMR-Widerstandselemente, d.h. insbesondere zu einer verbesserten Signalstabilität und Langzeitstabilität des GMR-Sensorelementes. In diesem Fall besitzen die beiden Brückenausgangssignale U1, U2 zudem zueinander eine 45°-Phasenverschiebung.If the GMR resistance elements have a pinning or reference direction that is selected at least approximately at 45 ° to the direction of the strip-shaped structured GMR resistance elements, this advantageously leads to identical pinning behavior of the individual GMR resistance elements te, ie in particular to an improved signal stability and long-term stability of the GMR sensor element. In this case, the two bridge output signals U 1 , U 2 also have a 45 ° phase shift with respect to one another.
Um einen beliebigen Winkel φ gegeneinander phasenverschobenen Brückenausgangssignale U1, U2, wobei φ bevorzugt 45° ist oder um 45° liegt, können schließlich vorteilhaft durch eine Koordinatentransformation auf orthogonale Signale mit 90°-Phasenver-schiebung abgebildet werden. Aus letzteren kann dann durch Arcustangensbildung bzw. einen entsprechenden Algorithmus, beispielsweise den CORDIC-Algorithmus, der gesuchte Winkel α zu der Richtung des äußeren Magnetfeldes B bestimmt werden.Bridge output signals U 1 , U 2 which are phase-shifted with respect to one another by any angle φ, where φ is preferably 45 ° or is 45 °, can finally be advantageously mapped by a coordinate transformation to orthogonal signals with a 90 ° phase shift. The angle α to the direction of the external magnetic field B can then be determined from the latter by arctangent formation or a corresponding algorithm, for example the CORDIC algorithm.
Die Koordinatentransformation bietet darüber hinaus den Vorteil, dass herstellungsbedingte Schwankungen der Phasendifferenz der beiden Brückenaussignale U1, U2 bei der Abbildung auf die orthogonalen Signale kompensierbar sind.The coordinate transformation also offers the advantage that fluctuations in the phase difference of the two bridge external signals U 1 , U 2 caused by production can be compensated for when mapping to the orthogonal signals.
Zeichnungendrawings
Es zeigt
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Ausführungsbeispieleembodiments
a.) rotationssymmetrische Anordnunga.) rotationally symmetrical arrangement
Die
b.) Abbildung auf orthogonale Signaleb.) Mapping to orthogonal signals
Im Fall einer Pinningrichtung oder
Richtung der Referenzmagnetisierung unter 45° zur GMR-Streifenrichtung weisen
die beiden Brückenausgangssignale
U1 und U2 gemäß
Hierbei bezeichnet φ die Phasenverschiebung des zweiten Brückensignals relativ zu dem ersten Brückensignal. Diese Phasenverschiebung kann prinzipiell beliebig gewählt werden, es wird jedoch bevorzugt eine Phasenverschiebung von 45° eingestellt.Here φ denotes the phase shift of the second bridge signal relative to the first bridge signal. In principle, this phase shift can be chosen arbitrarily, however, a phase shift of 45 ° is preferably set.
Aus den mittels dieser Transformation
erhaltenen cosinus- und sinusförmigen
Signalen gemäß
Die Implementation dieser Koordinatentransformation bietet weiter den wichtigen Vorteil, dass herstellungsbedingte Schwankungen der Phasenverschiebung der beiden Brücken- signale U1, U2 sensorspezifisch bei der Abbildung auf orthogonale Signale (90°-Phasenverschiebung) erfasst und kompensiert werden können. Dazu wird beispielsweise bei einem Offset- und Amplitudenabgleich der Signale U1, U2 am Ende einer Produktionslinie auch diese Phasenverschiebung φ beispielsweise mittels Fourieranalyse der beiden Brückensignale U1, U2 bestimmt, und in der Sensor-Auswerteelektronik gespeichert.The implementation of this coordinate transformation also has the important advantage that manufacturing-related fluctuations in the phase shift of the two bridge signals U 1 , U 2 can be detected and compensated for in a sensor-specific manner when mapping to orthogonal signals (90 ° phase shift). For this purpose, for example, in an offset and amplitude balance of the signals U 1, U 2 is at the end of a production line and this phase shift φ example by means of Fourier analysis of the two bridge signals U 1, U 2 is determined, and stored transmitter sensor in.
c.) rotationssymmetrische Anordnung mit Unterdrückung des AMR-Signalbeitragsc.) rotationally symmetrical Arrangement with suppression of the AMR signal contribution
Die in
Hierbei bezeichnet α den Winkel zwischen Feld- bzw. Magnetisierungsrichtung der freien ferromagnetischen Schicht (FL) und der Referenzmagnetisierungsrichtung; ϑ bezeichnet den Winkel zwischen Feld- bzw. Magnetisierungsrichtung der freien Schicht (FL) und der GMR-Streifenrichtung des ersten Teilwiderstands. Die Streifenrichtung des zweiten Teilwiderstands ist um –90° zu der des ersten Teilwiderstands gedreht.Here α denotes the angle between the field or magnetization direction of the free ferromagnetic Layer (FL) and the reference magnetization direction; referred to the angle between the field or magnetization direction of the free Layer (FL) and the GMR strip direction of the first partial resistor. The strip direction of the second partial resistor is -90 ° to that of the first partial resistance rotated.
d.) Pinningverhalten ` d.) Pinning behavior `
Die
Alternativ kann auch eine Pinningrichtung oder eine Richtung der Referenzmagnetisierung MR eingestellt werden, die bei jeweils einem der beiden Teilwiderstände parallel zur Streifenrichtung und bei dem jeweils anderen Teilwiderstand senkrecht zur Streifenrichtung orientiert ist. Dadurch wird zwar bei den einzelnen Teilwiderständen ein unterschiedliches, jedoch bei jedem der Brückenwiderstandselemente in Form einer Reihenschaltung der beiden Teilwiderstände insgesamt wiederum ein identisches Pinningverhalten erreicht.Alternatively, a pinning direction or a direction of the reference magnetization M R can also be set, which is oriented parallel to the stripe direction for one of the two partial resistors and perpendicular to the stripe direction for the other partial resistance. This results in a different pinning behavior for the individual partial resistors, but for each of the bridge resistance elements in the form of a series connection of the two partial resistors, an identical pinning behavior.
Diese Wahl der Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtung bietet gegenüber bekannten Sensoren den Vorteil, das innerhalb eines jeden Brückenwiderstandselementes über das unterschiedliche Pinningverhalten von paralleler und senkrechter Ausrichtung der Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtung zur GMR-Streifenrichtung gemittelt wird.This choice of the pinning or reference magnetization direction offers opposite Known sensors have the advantage that within each bridge resistance element over the different pinning behavior from parallel and perpendicular Alignment of the pinning or reference magnetization direction to the GMR strip direction is averaged.
Der beschriebene 360° GMR-Winkelsensor eignet sich besonders zur Detektion der Absolutposition der Nockenwelle oder der Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem nockenwellenfreien Motor mit elektrischer oder elektrohydraulischer Ventilsteuerung, einer Motorlage eines elektrisch kommutierten Motors oder einer Detektion einer Scheibenwischerstellung, oder in der Lenkwinkelsensorik in Kraftfahrzeugen.The described 360 ° GMR angle sensor is particularly suitable for the detection of the absolute position of the camshaft or the crankshaft in a motor vehicle, especially in one camshaft-free engine with electric or electro-hydraulic Valve control, an engine position of an electrically commutated motor or a detection of a wiper position, or in the Steering angle sensors in motor vehicles.
Claims (7)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10257253A DE10257253A1 (en) | 2002-07-26 | 2002-12-07 | Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges |
| AU2003250275A AU2003250275B2 (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | GMR sensor element and use thereof |
| JP2005502011A JP2005534199A (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | Use of GMR sensor elements and GMR sensor elements |
| RU2004115639/28A RU2328015C2 (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | Sensitive element with giant magnetic resistance and its application |
| PCT/DE2003/002145 WO2004017086A1 (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | Gmr sensor element and use thereof |
| US10/523,252 US7312609B2 (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | GMR sensor element and its use |
| EP03787612A EP1527352A1 (en) | 2002-07-26 | 2003-06-27 | Gmr sensor element and use thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10234347.0 | 2002-07-26 | ||
| DE10234347 | 2002-07-26 | ||
| DE10257253A DE10257253A1 (en) | 2002-07-26 | 2002-12-07 | Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10257253A1 true DE10257253A1 (en) | 2004-02-05 |
Family
ID=30010479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10257253A Withdrawn DE10257253A1 (en) | 2002-07-26 | 2002-12-07 | Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10257253A1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008039425A1 (en) * | 2008-08-23 | 2010-03-04 | Sensitec Gmbh | Thin film electrical component i.e. sensor, arrangement for detection of beads on even receiving area of biochip, during e.g. examining of biological process in area of medical supply, involves assigning circuit of lines to matrix |
| US8269486B2 (en) | 2008-11-12 | 2012-09-18 | Infineon Technologies Ag | Magnetic sensor system and method |
| EP2280246A3 (en) * | 2009-07-30 | 2013-08-21 | TDK Corporation | Angle-of-rotation sensor apparatus |
| US8564286B2 (en) | 2010-06-28 | 2013-10-22 | Infineon Technologies Ag | GMR sensors having reduced AMR effects |
| US9529060B2 (en) | 2014-01-09 | 2016-12-27 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US9812637B2 (en) | 2015-06-05 | 2017-11-07 | Allegro Microsystems, Llc | Spin valve magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| DE102013102903B4 (en) * | 2012-07-05 | 2018-02-15 | Tdk Corporation | magnetic sensor |
| US10620279B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-04-14 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11022661B2 (en) | 2017-05-19 | 2021-06-01 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11719771B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-08-08 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression |
| US12320870B2 (en) | 2022-07-19 | 2025-06-03 | Allegro Microsystems, Llc | Controlling out-of-plane anisotropy in an MR sensor with free layer dusting |
-
2002
- 2002-12-07 DE DE10257253A patent/DE10257253A1/en not_active Withdrawn
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008039425B4 (en) | 2008-08-23 | 2019-08-22 | Sensitec Gmbh | Biosensor arrangement for measuring an electrical property of a number N of electrical resistance components |
| DE102008039425A1 (en) * | 2008-08-23 | 2010-03-04 | Sensitec Gmbh | Thin film electrical component i.e. sensor, arrangement for detection of beads on even receiving area of biochip, during e.g. examining of biological process in area of medical supply, involves assigning circuit of lines to matrix |
| US8269486B2 (en) | 2008-11-12 | 2012-09-18 | Infineon Technologies Ag | Magnetic sensor system and method |
| DE102009050427B4 (en) * | 2008-11-12 | 2012-10-25 | Infineon Technologies Ag | Magnetic sensor system and method |
| US8638090B2 (en) | 2008-11-12 | 2014-01-28 | Infineon Technologies Ag | Magnetic sensor system and method |
| EP2280246A3 (en) * | 2009-07-30 | 2013-08-21 | TDK Corporation | Angle-of-rotation sensor apparatus |
| US8564286B2 (en) | 2010-06-28 | 2013-10-22 | Infineon Technologies Ag | GMR sensors having reduced AMR effects |
| US9013181B2 (en) | 2010-06-28 | 2015-04-21 | Infineon Technologies Ag | Magnetoresistive sensors having reduced AMR effects |
| DE102013102903B4 (en) * | 2012-07-05 | 2018-02-15 | Tdk Corporation | magnetic sensor |
| US9804234B2 (en) | 2014-01-09 | 2017-10-31 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with an improved seed layer to promote an improved response to magnetic fields |
| US9922673B2 (en) | 2014-01-09 | 2018-03-20 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US10347277B2 (en) | 2014-01-09 | 2019-07-09 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US9529060B2 (en) | 2014-01-09 | 2016-12-27 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US9812637B2 (en) | 2015-06-05 | 2017-11-07 | Allegro Microsystems, Llc | Spin valve magnetoresistance element with improved response to magnetic fields |
| US10620279B2 (en) | 2017-05-19 | 2020-04-14 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11002807B2 (en) | 2017-05-19 | 2021-05-11 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11022661B2 (en) | 2017-05-19 | 2021-06-01 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistance element with increased operational range |
| US11719771B1 (en) | 2022-06-02 | 2023-08-08 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetoresistive sensor having seed layer hysteresis suppression |
| US12320870B2 (en) | 2022-07-19 | 2025-06-03 | Allegro Microsystems, Llc | Controlling out-of-plane anisotropy in an MR sensor with free layer dusting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1527352A1 (en) | Gmr sensor element and use thereof | |
| DE102009050427B4 (en) | Magnetic sensor system and method | |
| EP2396666B1 (en) | Assembly for measuring at least one component of a magnetic field | |
| DE19732616C2 (en) | Magnetic field measuring device for measuring the rotation of a rotating body | |
| DE19536433C2 (en) | Device for contactless position detection of an object and use of the device | |
| DE102006035661B4 (en) | Magnetic field detection device and method for its adjustment | |
| DE10342260B4 (en) | Magnetoresistive sensor in the form of a half or full bridge circuit | |
| DE4301704A1 (en) | Device for detecting an angular position of an object | |
| EP1567878B1 (en) | Magnetoresistive sensor element and method for reducing the angular error of a magnetoresistive sensor element | |
| DE102018115530A1 (en) | magnetic field sensor | |
| EP1046047B1 (en) | Magnetoresistive sensor element with selective magnetization direction of the bias layer | |
| EP1049908A1 (en) | System for detecting the angle of rotation of a rotatable element | |
| DE102020200177A1 (en) | STREFTELDROBUSTER XMR SENSOR WITH SEMI-RIGHT ANISOTROPY | |
| DE102016102601B4 (en) | MAGNETIC SENSOR | |
| EP0290811B1 (en) | Device for measuring the magnitude and direction of a magnetic field, especially of the earth-magnetic field | |
| DE102015106521B4 (en) | magnetic field sensor device | |
| DE10257253A1 (en) | Giant magnetoresistive sensor for motor vehicle cam and crank shafts has eight magnetoresistive elements in two Wheatstone bridges | |
| WO2002101406A1 (en) | Magneto-resistive layer arrangement and gradiometer with said layer arrangement | |
| DE19949714A1 (en) | Magnetically sensitive component used as a sensor element operating according to a spin-valve principle in vehicles comprises two magneto-resistive layer systems with a reference layer, an intermediate layer and a detection layer | |
| DE102006010652B4 (en) | magnetic field sensor | |
| DE10042006A1 (en) | Device and method for measuring angles | |
| DE19712833C2 (en) | Device for contactless position detection of an object and use of the device | |
| DE19949713C2 (en) | Magnetoresistive layer system | |
| DE10261612A1 (en) | Rotational velocity measurement device, e.g. for a motor vehicle combustion engine component, has a magnetic pole wheel and a field sensor with at least one sensor unit operating as a spin valve sensor | |
| DE102021127346A1 (en) | MAGNETIC FIELD SENSOR, METHOD OF MANUFACTURE THEREOF AND METHOD OF MEASURING A MAGNETIC FIELD |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |