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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 PDF

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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Withdrawn
Application number
DE10257253A
Other languages
German (de)
Inventor
Peter Schmollngruber
Ingo Herrmann
Henrik Siegle
Hartmut Kittel
Paul Farber
Ulrich May
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to JP2005502011A priority patent/JP2005534199A/en
Priority to RU2004115639/28A priority patent/RU2328015C2/en
Priority to PCT/DE2003/002145 priority patent/WO2004017086A1/en
Priority to US10/523,252 priority patent/US7312609B2/en
Priority to EP03787612A priority patent/EP1527352A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

A giant magnetoresistive (GMR) sensor comprises a fully rotational symmetric arrangement of eight GMR resistive elements (I1-4,II1-4) connected together so as to form two Wheatstone full bridges.

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 EP 0 905 523 A2 beschrieben.The G iant M agneto- R esistive effect (GMR effect) can be spin valve structures use (spin-valves or "spin valves") for the Winkelsensierung in the form of so-called. This is for example in WO 00/79298 or in EP 0 905 523 A2 described.

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:

Figure 00010001
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:
Figure 00010001

Die maximale relative Widerstandsänderung ΔRGMR/R bezeichnet dabei GMR-Effekt und beträgt typischerweise 5% bis 15%.The maximum relative change in resistance ΔR GMR / R denotes the GMR effect and is typically 5% to 15%.

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 1a dargestellt, wo das GMR-Schichtsystem oder GMR-Sensorelement unter dem Einfluss eines Magnetfeldes eines Gebermagneten steht.This is shown schematically in 1a shown where the GMR layer system or GMR sensor element is under the influence of a magnetic field of a transmitter magnet.

Eine weiter verbesserte Stabilisierung der Referenzmagnetisierung erzielt man durch Hinzufügen eines zusätzlichen sogenannten synthetischen oder "künstlichen" Antiferromagneten (SAF). Dieser SAF besteht entsprechend 1b aus zwei ferromagnetischen, über eine nichtmagnetische Zwischenschicht stark antiferromagnetisch gekoppelten Schichten. Diejenige dieser beiden ferromagnetischen Schichten, die direkt neben bzw. auf dem natürlichen Antiferromagneten AF liegt, wird als Pinned Layer (PL) bezeichnet, da ihre Magnetisierung MP infolge der Kopplung an den natürlichen Antiferromagnet (AF) fixiert ("gepinnt") wird. Die zweite ferromagnetische Schicht des SAF, deren Magnetisierung MR derjenigen des Pinned Layer (PL) infolge der antiferromagnetischen Kopplung entgegengesetzt orientiert ist, dient als Referenzschicht (RL) für das oben bereits beschriebene GMR-Spin-Valve-Schichtsystem.A further improved stabilization of the reference magnetization is achieved by adding an additional so-called synthetic or "artificial" antiferromagnet (SAF). This SAF exists accordingly 1b from two ferromagnetic layers strongly coupled antiferromagnetically via a non-magnetic intermediate layer. The one of these two ferromagnetic layers which lies directly next to or on the natural antiferromagnet AF is referred to as the pinned layer (PL) since its magnetization M P is fixed ("pinned") as a result of the coupling to the natural antiferromagnet (AF). The second ferromagnetic layer of the SAF, whose magnetization M R is oriented opposite to that of the pinned layer (PL) due to the antiferromagnetic coupling, serves as a reference layer (RL) for the GMR spin valve layer system already described above.

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 2 entgegengesetzt orientierten Referenzmagnetisierungen MR der Brückenwiderstände innerhalb der Halbbrücken und gleich orientierten Referenzmagnetisierungen MR der in der Vollbrücke diagonal liegenden Widerstände.In order to extract the angle-dependent useful signal, four spin valve resistor elements are connected together in a GMR sensor element according to the prior art, for example by means of aluminum thin-film conductor tracks, to form a Wheatstone bridge circuit (Wheatstone full bridge). The maximum signal amplitude is obtained accordingly 2 oppositely oriented reference magnetizations M R of the bridge resistances within the half-bridges and identically oriented reference magnetizations M R of the resistors lying diagonally in the full bridge.

Ein GMR-Winkelsensor besitzt in der Regel noch eine zweite Vollbrücke aus GMR-Widerständen, deren Referenzrichtungen, wie in 2 gezeigt, relativ zu denen der ersten Vollbrücke um 90° verdreht sind. Das von der zweiten Vollbrücke bereitgestellte Signal Usin ist dadurch relativ zu dem Signal der ersten Vollbrücke Ucos um 90° phasenverschoben.A GMR angle sensor usually has a second full bridge made of GMR resistors, the reference directions of which, as in 2 shown, are rotated by 90 ° relative to those of the first full bridge. The signal U sin provided by the second full bridge is thereby phase-shifted by 90 ° relative to the signal of the first full bridge U cos .

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 2 werden z.B. dadurch realisiert, dass die einzelnen GMR-Brückenwiderstände lokal auf eine Temperatur T oberhalb der Blockingtemperatur (Néel-Temperatur) der antiferromagnetischen Schicht (AF) jedoch unterhalb der Curie-Temperatur der ferromagnetischen Schichten (PL, RL) gemäß 1a bzw. 1b erhitzt werden, so dass die antiferromagnetische Spin-Ordnung in der antiferromagnetischen Schicht aufgehoben wird, und danach in einem äußeren Magnetfeld geeigneter Feldrichtung abgekühlt werden. Bei dem dabei erfolgenden erneuten Ausbilden der antiferromagnetischen Ordnung wird die aus der Austauschwechselwirkung an der Grenzfläche von antiferromagnetischer Schicht (AF) und benachbarter ferromagnetischer Schicht (PL) resultierende Spin-Konfiguration eingefroren. Folglich wird die Richtung der Magnetisierung der benachbarten ferromagnetischen Schicht (Pinned Layer PL) fixiert. Das lokale Aufheizen der GMR-Brückenwiderstände kann z.B. mittels eines kurzen Laser- oder Strompulses erfolgen. Der Strompuls kann dabei direkt durch die GMR-Leiterstruktur oder/und einen zusätzlichen Heizleiter getrieben werden.The different reference magnetization directions according to 2 are realized, for example, in that the individual GMR bridge resistances correspond locally to a temperature T above the blocking temperature (Néel temperature) of the antiferromagnetic layer (AF) but below the Curie temperature of the ferromagnetic layers (PL, RL) 1a respectively. 1b be heated so that the antiferromag netic spin order is canceled in the antiferromagnetic layer, and then cooled in an external magnetic field suitable field direction. When the antiferromagnetic order is formed again, the spin configuration resulting from the exchange interaction at the interface of the antiferromagnetic layer (AF) and the adjacent ferromagnetic layer (PL) is frozen. Consequently, the direction of magnetization of the adjacent ferromagnetic layer (pinned layer PL) is fixed. Local heating of the GMR bridge resistors can take place, for example, using a short laser or current pulse. The current pulse can be driven directly through the GMR conductor structure and / or an additional heating conductor.

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 2 bevorzugt parallel ausgerichtet. Dies dient der Unterdrückung eines Signalbeitrags aufgrund eines überlagerten Anisotrop-Magnetoresistiven Effekts (AMR-Effekt). Der AMR-Signalbeitrag beruht dabei auf einer Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von dem Winkel a zwischen der Strom- und der Magnetisierungsrichtung der Form:

Figure 00040001
In known GMR angle sensors, the reference magnetization M R of the individual bridge resistors is selected either parallel or perpendicular to the direction of the strip-shaped structured GMR resistance elements. This serves to keep the influence of the shape anisotropy low. Furthermore, the strip-shaped structured GMR resistance elements within a full bridge are in accordance with 2 preferably aligned in parallel. This serves to suppress a signal contribution due to a superimposed anisotropic magnetoresistive effect (AMR effect). The AMR signal contribution is based on a dependence of the electrical resistance on the angle α between the current and the magnetization direction of the shape:
Figure 00040001

Werden dagegen die GMR-Widerstände innerhalb einer Halbbrücke mit orthogonaler Ausrichtung ihrer GMR-Streifen realisiert, wie dies beispielsweise in 10 in WO 00/79298 der Fall ist, dann wird der AMR-Signalbeitrag sogar maximal begünstigt. Das wirkt sich verschlechternd auf die Winkelgenauigkeit des GMR-Winkelsensors aus.If, on the other hand, the GMR resistors are implemented within a half-bridge with their GMR strips aligned orthogonally, as is shown, for example, in 10 is the case in WO 00/79298, the AMR signal contribution is even favored to the maximum. This affects the angular accuracy of the GMR angle sensor.

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 1a einen vereinfachten GMR-Spinvalve-Schichtaufbau mit zwei ferromagnetischen Schichten RL und FL mit den Magnetisierungen m1 und m2, einer nichtmagnetischen Zwischenschicht NML sowie einer antiferromagnetischen Schicht AF. Letztere dient zum Fixieren (Pinnen) der Referenzmagnetisierung m1. Daneben ist ein Gebermagnet zur Erzeugung eines äußeren Magnetfeldes B vorgesehen. Der Winkel α bezeichnet den Winkel zwischen Feld- bzw. Magnetisierungsrichtung der freien ferromagnetischen Schicht (FL) und damit auch der Richtung des äußeren Magnetfeldes B in der Ebene des GMR-Sensorelementes und der Referenzmagnetisierungsrichtung.It shows 1a a simplified GMR spinvalve layer structure with two ferromagnetic layers RL and FL with the magnetizations m 1 and m 2 , a non-magnetic intermediate layer NML and an antiferromagnetic layer AF. The latter is used for fixing (pinning) the reference magnetization m 1 . In addition, a transmitter magnet for generating an external magnetic field B is provided. The angle α denotes the angle between the field or magnetization direction of the free ferromagnetic layer (FL) and thus also the direction of the external magnetic field B in the plane of the GMR sensor element and the reference magnetization direction.

Die 1b zeigt ein GMR-Spinvalve-Schichtsystem mit einem natürlichen Antiferromagneten AF und einem zusätzlichen synthetischen Antiferromagneten SAF sowie einer weiteren nichtmagnetischen Zwischenschicht NML und einer ferromagnetischen freien Schicht FL.The 1b shows a GMR spin valve layer system with a natural antiferromagnet AF and an additional synthetic antiferromagnet SAF as well as a further non-magnetic intermediate layer NML and a ferromagnetic free layer FL.

Die 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für ein Winkelsensorelement auf der Grundlage des GMR-Effektes mit zwei Vollbrücken (Wheatstone'schen Brückenschaltungen), wobei die Referenzmagnetisierungen MR innerhalb der beiden Brücken paarweise entgegengesetzt orientiert und von Brücke zu Brücke um 90° gegeneinander verdreht sind. Die Richtung der Referenzmagnetisierung MR ist weiter parallel oder senkrecht zu der Richtung der einzelnen, streifenförmig strukturierten GMR-Widerstandselemente, die beispielsweise gemäß 1a oder 1b aufgebaut sind. Diese "Streifenrichtung" wird durch die angedeutete Streifenschar innerhalb der einzelnen GMR-Widerstandselemente repräsentiert. Daneben ist in 2 die Richtung eines äußeren Magnetfeldes B angegeben, das mit einer Referenzrichtung den mit dem GMR-Sensorelement zu messenden Winkel α einschließt. Die Referenz- oder Nullrichtung wird dabei durch die Wahl der Referenz- magnetisierungsrichtungen in den beiden Vollbrücken definiert, von denen eine als sin-Vollbrücke und eine als cos-Vollbrücke ausgebildet ist.The 2 shows an equivalent circuit diagram for an angle sensor element based on the GMR effect with two full bridges (Wheatstone bridge circuits), the reference magnetizations M R are oriented in opposite directions within the two bridges and are rotated from bridge to bridge by 90 ° to each other. The direction of the reference magnetization M R is further parallel or perpendicular to the direction of the individual, strip-shaped structured GMR resistance elements, which for example according to 1a or 1b are set up. This "stripe direction" is represented by the indicated streak family within the individual GMR resistance elements. Next to it is in 2 indicated the direction of an external magnetic field B, which includes the angle α to be measured with the GMR sensor element with a reference direction. The reference or zero direction is defined by the choice of the reference magnetization directions in the two full bridges, one of which is designed as a sin full bridge and one as a cos full bridge.

Die 3 zeigt eine rotationssymmetrische Anordnung mäandrierender, ineinander verschachtelter GMR-Brückenwiderstandselemente I/1 bis I/4 (Brücke I) und II/1 bis II/4 (Brücke II). Dabei sind die Richtungen der Referenzmagnetisierung (siehe eingetragene Pfeile in 3) in Brücke I jeweils unter 45° zur Richtung der einzelnen, streifenförmig strukturierten GMR-Widerstandselemente orientiert, und die Referenzmagnetisierungsrichtungen in Brücke II jeweils um 45° gegenüber denjenigen in Brücke I gedreht. Daneben ist in 3 die Richtung eines äußeren Magnetfeldes B angegeben, das mit einer Referenzrichtung den mit dem GMR-Sensorelement zu messenden Winkel α einschließt. Die Referenz- oder Nullrichtung ist dabei durch die Wahl der Referenzmagnetisierungsrichtungen in Brücke I und Brücke II definiert, wobei die Brücke I einen cosinusförmigen Signalverlauf über den Winkel α liefern soll.The 3 shows a rotationally symmetrical arrangement of meandering, nested GMR bridge resistance elements I / 1 to I / 4 (bridge I) and II / 1 to II / 4 (bridge II). The directions of the reference magnetization (see arrows in 3 ) in bridge I each oriented at 45 ° to the direction of the individual, strip-shaped structured GMR resistance elements, and the reference magnetization directions in bridge II in each case rotated by 45 ° with respect to those in bridge I. Next to it is in 3 indicated the direction of an external magnetic field B, which includes the angle α to be measured with the GMR sensor element with a reference direction. The reference or zero direction is defined by the choice of the reference magnetization directions in bridge I and bridge II, bridge I being intended to deliver a cosine-shaped signal curve over the angle α.

Die 4 zeigt ein Ersatzschaltbild zu dem Layout des GMR-Sensorelement gemäß 3. Die Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtung MA ist dabei jeweils unter 45° zur GMR-Streifenrichtung, die erneut analog 2 durch die innerhalb der einzelnen GMR-Widerstandselemente eingezeichnete Streifenschar angegeben ist, orientiert, und in Brücke II zusätzlich um 45° gegenüber derjenigen in Brücke I gedreht. Es ergibt sich eine Verstärkung des AMR-Signalbeitrags infolge zueinander orthogonaler Streifenrichtungen der Widerstände jeder Halbbrücke.The 4 shows an equivalent circuit diagram according to the layout of the GMR sensor element 3 , The pinning or reference magnetization direction M A is in each case at 45 ° to the GMR strip direction, which is again analog 2 is indicated by the family of strips drawn within the individual GMR resistance elements, oriented, and additionally rotated in bridge II by 45 ° with respect to that in bridge I. There is an amplification of the AMR signal contribution as a result of mutually orthogonal stripe directions of the resistances of each half-bridge.

Die 5a zeigt GMR-Sensorausgangssignale U1 und U2 mit 45°-Phasenunterschied gemäß einer Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtung MR unter 45° zur Streifenrichtung entsprechend 3 bzw. 4. Die 5b zeigt entsprechend transformierte, zueinander orthogonale GMR-Sensorsignale Ucos und Usin mit 90°-Phasenunterschied. Der AMR-Signalbeitrag ist in 5a und 5b nicht dargestellt. Auf der x-Achse ist in 5a bzw. 5b jeweils die Richtung des äußeren Magnetfeldes B in Grad, d.h. der Winkel α, aufgetragen, während auf der y-Achse bei 5a das GMR-Sensorausgangssignal in mVolt/Volt und bei 5b das transformierte GMR-Sensorsignal in mVolt/Volt aufgetragen ist.The 5a shows GMR sensor output signals U 1 and U 2 with 45 ° phase difference in accordance with a pinning or reference magnetization direction M R at 45 ° to the strip direction accordingly 3 or 4. The 5b shows correspondingly transformed, mutually orthogonal GMR sensor signals U cos and U sin with 90 ° phase difference. The AMR signal contribution is in 5a and 5b not shown. On the x axis is in 5a respectively. 5b each the direction of the external magnetic field B in degrees, ie the angle α, plotted while on the y-axis at 5a the GMR sensor output signal in mVolt / Volt and at 5b the transformed GMR sensor signal is plotted in mVolt / volt.

Die 6 zeigt eine rotationssymmetrische, zumindest näherungsweise kreisförmige oder achteckige, ineinander verschachtelte Anordnung mäandrierender GMR-Brückenwiderstandselemente, wobei eine Unterdrückung des AMR-Signalbeitrags durch Aufteilung eines jeden der einzelnen Brückenwiderstandselemente in zwei gleiche Hälften mit zueinander orthogonaler Streifenrichtungen vorgenommen wurde.The 6 shows a rotationally symmetrical, at least approximately circular or octagonal, nested arrangement of meandering GMR bridge resistance elements, wherein the AMR signal contribution was suppressed by dividing each of the individual bridge resistance elements into two equal halves with mutually orthogonal stripe directions.

Die 7 zeigt ein Ersatzschaltbild zu dem Layout der GMR-Widerstandselemente gemäß 6. Eine Unterdrückung des AMR-Signalbeitrags wird hier durch Aufteilung jedes Brückenwiderstandselementes I/1, I/2 bis II/4 in zwei Hälften a und b mit zueinander orthogonalen GMR-Streifenrichtungen erreicht. Die jeweilige Pinning- bzw. Referenzmagnetisierung MR ist unter 45° zur jeweiligen GMR-Streifenrichtung orientiert. Letztere wird durch die innerhalb der einzelnen GMR-Widerstandselemente eingezeichnete Streifenschar angegeben.The 7 shows an equivalent circuit diagram according to the layout of the GMR resistance elements 6 , Suppression of the AMR signal contribution is achieved here by dividing each bridge resistance element I / 1, I / 2 to II / 4 into two halves a and b with mutually orthogonal GMR strip directions. The respective pinning or reference magnetization M R is oriented at 45 ° to the respective GMR strip direction. The latter is indicated by the family of strips drawn within the individual GMR resistance elements.

Die 8 zeigt ein Ersatzschaltbild zu dem Layout der GMR-Widerstandselemente gemäß 6 mit zu 7 alternativen Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtungen MR unter 0° und 90° zur GMR-Streifenrichtung bei jedem der einzelnen Brückenwiderstände I/1, I/2 bis I/4. Eine Mittelung des Einflusses der Pinningrichtung erfolgt hier durch zur GMR-Streifenrichtung sowohl parallele als auch senkrechte Pinning- bzw. Referenzmagnetisierungsrichtung innerhalb jedes zweiteiligen Brückenwiderstandes I/1, I/2 bis I/4.The 8th shows an equivalent circuit diagram according to the layout of the GMR resistance elements 6 with to 7 alternative pinning or reference magnetization directions M R at 0 ° and 90 ° to the GMR strip direction for each of the individual bridge resistances I / 1, I / 2 to I / 4. The influence of the pinning direction is averaged here by means of the pinning or reference magnetization direction, which is both parallel and perpendicular to the GMR strip direction, within each two-part bridge resistance I / 1, I / 2 to I / 4.

Ausführungsbeispieleembodiments

a.) rotationssymmetrische Anordnunga.) rotationally symmetrical arrangement

Die 3 zeigt eine mögliche rotationssymmetrische Anordnung von insgesamt acht Brückenwiderstandselementen zweier Vollbrücken (Wheatstone-Brücken). Im Gegensatz zu AMR-Sensoren, bei denen die Referenzrichtung durch die Stromrichtung, die durch die Streifenrichtung definiert wird, gegeben ist, wird bei dem GMR-Winkelsensor die Referenzrichtung durch die Richtung der Magnetisierung der Referenzschicht (RL) definiert. Prinzipiell kann die Pinning- bzw. Referenzrichtung dabei beliebig gewählt wer- den, um jedoch bei allen Brückenwiderstandselementen das selbe Pinningverhalten zu erhalten, wird hier eine Orientierung der Pinning- bzw. Referenzrichtung unter 45° zur Streifenrichtung gewählt. Verdeutlicht wird dies weiter in 4, wo neben der Streifenrichtung (Streifenschar innerhalb der Widerstandssymbole) auch die Richtung der Referenzmagnetisierung MR angegeben ist.The 3 shows a possible rotationally symmetrical arrangement of a total of eight bridge resistance elements of two full bridges (Wheatstone bridges). In contrast to AMR sensors, in which the reference direction is given by the current direction, which is defined by the strip direction, the GMR angle sensor defines the reference direction by the direction of the magnetization of the reference layer (RL). In principle, the pinning or reference direction can be chosen arbitrarily, but in order to obtain the same pinning behavior for all bridge resistance elements, an orientation of the pinning or reference direction at 45 ° to the strip direction is selected here. This is further illustrated in 4 , where the direction of the reference magnetization M R is also indicated in addition to the direction of the stripes (family of stripes within the resistance symbols).

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 5a nicht die übliche Phasenverschiebung von 90°, sondern nur eine 45°-Phasenverschiebung auf. Diese Signale U1, U2 können jedoch auf einfache Weise auf die orthogonalen, cosinus- und sinusförmigen Signale gemäß 5b transformiert werden. Hierzu wird in einer Sensor-Auswertelektronik folgende Transformation durchgeführt:

Figure 00090001
In the case of a pinning direction or direction of the reference magnetization at 45 ° to the GMR strip direction, the two bridge output signals U 1 and U 2 have according to 5a not the usual phase shift of 90 °, but only a 45 ° phase shift. However, these signals U 1 , U 2 can be easily related to the orthogonal, cosine and sinusoidal signals 5b be transformed. For this purpose, the following transformation is carried out in a sensor evaluation electronics:
Figure 00090001

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 5b kann durch Arcustangens-Bildung bzw. durch Anwendung eines entsprechenden Algorithmus wie z.B. des CORDIC-Algorithmus in der Sensor-Auswerteelektronik der Winkel α bestimmt werden:

Figure 00090002
According to the cosine and sinusoidal signals obtained by means of this transformation 5b can be determined by arc tangent formation or by using an appropriate algorithm such as the CORDIC algorithm in the sensor evaluation electronics:
Figure 00090002

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 3 dargestellte Widerstandsanordnung begünstigt den AMR-Signalbeitrag, da die GMR-Streifenrichtungen der beiden Brückenwiderstände einer jeden Halbbrücke orthogonal zu einander stehen. Dieser Nachteil kann vermieden werden, indem man gemäß der bevorzugten, ebenfalls rotationssymmetrischen Anordnung gemäß 6 jeden Brückenwiderstand aus zwei gleichen Hälften mit senkrecht zueinander stehenden GMR-Streifenrichtungen zusammensetzt. Durch die Reihenschaltung der beiden Teilwiderstände mit jeweils identischer Referenzmagnetisierung MR wird dann der AMR-Anteil herausgefiltert, während der GMR-Signalanteil infolge bei beiden Teilwiderständen identischer Richtung der Referenzmagnetisierung MR unverändert bleibt. Verdeutlicht wird dieser Sachverhalt durch folgende Beziehung für ein zweiteiliges GMR-Brückenwiderstandselement:

Figure 00100001
In the 3 The resistor arrangement shown favors the AMR signal contribution, since the GMR strip directions of the two bridge resistors of each half-bridge are orthogonal to one another. This disadvantage can be avoided by according to the preferred, likewise rotationally symmetrical arrangement 6 Each bridge resistor is composed of two equal halves with GMR strip directions perpendicular to each other. The AMR component is then filtered out by the series connection of the two partial resistors, each with an identical reference magnetization M R , while the GMR signal portion remains unchanged due to the identical direction of the reference magnetization M R for both partial resistors. This fact is illustrated by the following relationship for a two-part GMR bridge resistance element:
Figure 00100001

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 7 verdeutlicht die Aufteilung der Brückenwiderstände in jeweils zwei Hälften mit zueinander orthogonalen Streifenrichtungen jedoch identischer Referenzmagnetisierungsrichtung MR. Prinzipiell kann die Pinningrichtung bzw. die Richtung der Referenzmagnetisierung MR beliebig gewählt werden. Bevorzugt ist jedoch ein Winkel von 45° zur jeweiligen Streifenrichtung, denn dadurch wird für alle Teilwiderstände ein identisches Pinningverhalten erreicht.The 7 illustrates the division of the bridge resistances into two halves with mutually orthogonal stripe directions but identical reference magnetization direction M R. In principle, the pinning direction or the direction of the reference magnetization M R can be chosen arbitrarily. However, an angle of 45 ° to the respective strip direction is preferred, since this achieves identical pinning behavior for all partial resistors.

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)

GMR-Sensorelement mit einer rotationssymmetrischen Anordnung von insbesondere acht GMR-Widerstandselementen, die zu zwei Wheatston'schen Vollbrücken miteinander verschaltet sind.GMR sensor element with a rotationally symmetrical arrangement of in particular eight GMR resistance elements, which form two Wheatston full bridges with one another are connected. GMR-Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die GMR-Widerstandselemente ineinander verschachtelt sind.GMR sensor element according to claim 1, characterized in that the GMR resistance elements into each other are nested. GMR-Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die GMR-Widerstandselemente streifenförmig strukturiert sind.GMR sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that that the GMR resistance elements in strips are structured. GMR-Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes GMR-Widerstandselement der Wheatston'schen Vollbrücken in zwei gleich aufgebaute Hälften mit orthogonal zu einander orientierten Richtungen der streifenförmig strukturierten GMR-Widerstandselemente unterteilt ist.GMR sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that each GMR resistance element of the Wheatston full bridges is divided into two identically constructed halves with directions of the strip-shaped structured GMR resistance elements oriented orthogonally to one another. GMR-Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass damit eine eindeutige Messung eines Winkels (α) eines äußeren Magnetfeldes (B) gegenüber einer Richtung der Magnetisierung einer Referenzschicht (RL) über 360° durchführbar ist.GMR sensor element according to one of the preceding claims, characterized characterized that it is a clear measurement of an angle (α) an external magnetic field (B) opposite a direction of magnetization of a reference layer (RL) can be carried out over 360 °. GMR-Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die GMR-Widerstandselemente zumindest näherungsweise kreisförmig oder achteckförmig angeordnet sind.GMR sensor element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the GMR resistance elements at least approximately circular or octagonal are arranged. Verwendung eines GMR-Sensorelementes nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Winkelsensor zur Detektion der Absolutposition einer Nockenwelle oder einer Kur- belwelle in einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem nockenwellenfreien Motor mit elektrischer oder elektrohyraulischer Ventilsteuerung, einer Motorlage eines elektrisch kommutierten Motors oder einer Detektion einer Scheibenwischerstellung, oder in der Lenkwinkelsensorik in Kraftfahrzeugen.Use of a GMR sensor element according to one of the preceding Expectations in an angle sensor for detecting the absolute position of a camshaft or a crankshaft in a motor vehicle, in particular with a camshaft-free engine with electrical 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.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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