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JP2002372574A - Magnetic field detector - Google Patents

Magnetic field detector

Info

Publication number
JP2002372574A
JP2002372574A JP2001179455A JP2001179455A JP2002372574A JP 2002372574 A JP2002372574 A JP 2002372574A JP 2001179455 A JP2001179455 A JP 2001179455A JP 2001179455 A JP2001179455 A JP 2001179455A JP 2002372574 A JP2002372574 A JP 2002372574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
component signal
magnetic field
resistance component
reactance component
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.)
Pending
Application number
JP2001179455A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seishi Ishikawa
聖之 石川
Koji Aoyama
浩二 青山
Hironari Matsubara
宏成 松原
Naoki Kawajiri
直樹 川尻
Nobuyoshi Sugitani
伸芳 杉谷
Yuji Nishibe
祐司 西部
Hideya Yamadera
秀哉 山寺
Norikazu Ota
則一 太田
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.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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 Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001179455A priority Critical patent/JP2002372574A/en
Publication of JP2002372574A publication Critical patent/JP2002372574A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化による影響のない磁界検出装置を提
供すること。 【解決手段】 MI素子11aによるインピーダンスの
検出信号から抵抗成分信号bを抽出する同期整流回路1
9aと、MI素子11aによるインピーダンスの検出信
号からリアクタンス成分信号dを抽出する同期整流回路
19bと、同期整流回路19aで抽出された抵抗成分信
号bと、同期整流回路19bで抽出されたリアクタンス
成分信号dのうちの少なくとも一方の成分信号を、抵抗
成分信号bとリアクタンス成分信号dの温度変化に対す
る変化量の和が0に近づくように補正する可変増幅器1
9aと、補正後の抵抗成分信号bとリアクタンス成分信
号fを加算して出力する加算器23とを備えた。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a magnetic field detection device which is not affected by a temperature change. SOLUTION: A synchronous rectifier circuit 1 for extracting a resistance component signal b from a detection signal of impedance by an MI element 11a.
9a, a synchronous rectifier circuit 19b for extracting a reactance component signal d from an impedance detection signal by the MI element 11a, a resistance component signal b extracted by the synchronous rectifier circuit 19a, and a reactance component signal extracted by the synchronous rectifier circuit 19b A variable amplifier 1 for correcting at least one of the component signals d so that the sum of the change amounts of the resistance component signal b and the reactance component signal d with respect to the temperature change approaches 0
9a and an adder 23 for adding and outputting the corrected resistance component signal b and reactance component signal f.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、外部磁界を利用し
て電磁気量や力学量を検出する磁界検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field detecting device for detecting an electromagnetic quantity or a dynamic quantity using an external magnetic field.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、各種分野において、外部磁界
を利用して電磁気量や力学量を検出することが行われて
おり、このような電磁気量や力学量を高感度に検出する
ために、外部磁界に対する物理量(抵抗、インピーダン
ス)の変化率の高い素子を使用し、外部磁界を電気信号
に変換して検出している。このような検出を行う素子と
して、例えば、特開平8−320362号公報に開示さ
れているMI素子を用いた磁界検出装置がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in various fields, detection of an electromagnetic quantity or a dynamic quantity using an external magnetic field has been performed. In order to detect such an electromagnetic quantity or a dynamic quantity with high sensitivity, An element having a high rate of change in physical quantity (resistance, impedance) with respect to an external magnetic field is used, and the external magnetic field is converted into an electric signal and detected. As an element for performing such detection, for example, there is a magnetic field detection device using an MI element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-320362.

【0003】この磁界検出装置は、平面状の基板の上面
に、導電体層とこの導電体層の周囲を囲む磁性体層から
なる積層体を形成して構成されている。そして、この磁
界検出装置に駆動電源から交流電流を印加して、外部磁
界によるインピーダンスの変化を検出するようになって
おり、磁性体層には、通電方向と直交する方向に磁気異
方性が付与されている。
[0003] This magnetic field detecting device is formed by forming a laminate composed of a conductor layer and a magnetic layer surrounding the periphery of the conductor layer on the upper surface of a planar substrate. Then, an alternating current is applied from a driving power supply to the magnetic field detecting device to detect a change in impedance due to an external magnetic field, and the magnetic layer has magnetic anisotropy in a direction perpendicular to the direction of current application. Has been granted.

【0004】このように、前記磁界検出装置は、磁性体
層と導電体層を積層化したMI素子で構成され、その磁
性体層に磁気異方性を付与したことにより、磁界検出装
置を低抵抗にでき、外部磁界の変化によるインダクタン
ス変化と抵抗変化を効果的に検出できるようになってい
る。これによると、100KHz―10MHzでの駆動
周波数領域で、大幅に感度を高めることができ、インピ
ーダンス変化率は100%以上になっている。
[0004] As described above, the magnetic field detecting device is constituted by the MI element in which the magnetic layer and the conductive layer are laminated, and the magnetic layer is provided with magnetic anisotropy, so that the magnetic field detecting device can be made low. It can be made a resistor, so that a change in inductance and a change in resistance due to a change in an external magnetic field can be effectively detected. According to this, the sensitivity can be greatly increased in the driving frequency range of 100 KHz to 10 MHz, and the impedance change rate is 100% or more.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁界検出装置においては、図5に示すように、雰囲気温
度の変化に対してインピーダンス値が変動するためセン
サとしての精度が低くなるという問題がある。図5は、
雰囲気温度が100℃の場合と、−40℃の場合での、
磁界(Oe)の変化に対するインピーダンス(Ω)の変
化を示しており、すべての磁界の大きさに対して、温度
が100℃の場合は、−40℃の場合よりもインピーダ
ンスの値が大きくなっている。
However, in the conventional magnetic field detecting device, as shown in FIG. 5, there is a problem that the accuracy as a sensor is lowered because the impedance value fluctuates in response to a change in ambient temperature. . FIG.
When the ambient temperature is 100 ° C and when the ambient temperature is -40 ° C,
It shows a change in impedance (Ω) with respect to a change in the magnetic field (Oe). For all the magnitudes of the magnetic field, when the temperature is 100 ° C., the impedance value becomes larger than when −40 ° C. I have.

【0006】これは、以下の理由による。すなわち、印
加する磁界に対して変化するインピーダンスZは、下記
の数式に示すように抵抗成分Rとリアクタンス成分Xか
らなっている。
This is based on the following reasons. That is, the impedance Z that changes with respect to the applied magnetic field includes a resistance component R and a reactance component X as shown in the following equation.

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】上記の数式において、抵抗成分Rの主な因
子は、MI素子の構成要素である導電体層および磁性体
層の抵抗率であり、リアクタンス成分Xの主な因子は磁
性体層の透磁率である。そして、抵抗率は、雰囲気温度
の上昇とともに大きくなる特性を有するため抵抗成分R
は温度上昇とともに増加する。一方、透磁率は雰囲気温
度の上昇とともに小さくなるためリアクタンス成分Xは
温度の上昇とともに減少する。
In the above equation, the main factor of the resistance component R is the resistivity of the conductor layer and the magnetic layer, which are the components of the MI element, and the main factor of the reactance component X is the permeability of the magnetic layer. The magnetic susceptibility. Since the resistivity has a characteristic that increases as the ambient temperature increases, the resistance component R
Increases with increasing temperature. On the other hand, since the magnetic permeability decreases with increasing ambient temperature, the reactance component X decreases with increasing temperature.

【0009】この温度上昇による抵抗成分Rの増加が、
リアクタンス成分Xの減少より大きいため、トータルと
してのインピーダンスZは温度上昇に伴って増加するこ
とになる。この傾向は、簡便な回路構成が可能な素子駆
動周波数が50MHz以下の場合に顕著になる。
The increase in the resistance component R due to the temperature rise is as follows.
Since the reactance component X is larger than the decrease, the total impedance Z increases with the temperature rise. This tendency becomes remarkable when the element driving frequency at which a simple circuit configuration is possible is 50 MHz or less.

【0010】[0010]

【発明の概要】本発明は、上記した問題に対処するため
になされたもので、その目的は、温度変化による影響の
ない磁界検出装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to address the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide a magnetic field detecting device which is not affected by a change in temperature.

【0011】上記の目的を達成するため、本発明に係る
磁界検出装置の特徴は、磁気検出素子を備え、外部磁界
に応じた電気的特性の変化を検出する磁界検出装置であ
って、磁気検出素子によるインピーダンスの検出信号か
ら抵抗成分信号を抽出する第1抽出手段と、磁気検出素
子によるインピーダンスの検出信号からリアクタンス成
分信号を抽出する第2抽出手段と、第1抽出手段で抽出
された抵抗成分信号と、第2抽出手段で抽出されたリア
クタンス成分信号のうちの少なくとも一方の成分信号
を、抵抗成分信号とリアクタンス成分信号の温度変化に
対する変化量の和が0に近づくように補正する補正手段
と、補正後の抵抗成分信号とリアクタンス成分信号を加
算して出力する出力手段とを備えたことにある。
In order to achieve the above object, a feature of the magnetic field detecting device according to the present invention is that the magnetic field detecting device includes a magnetic detecting element and detects a change in electrical characteristics according to an external magnetic field. First extraction means for extracting a resistance component signal from the detection signal of impedance by the element, second extraction means for extracting a reactance component signal from the detection signal of impedance by the magnetic detection element, and a resistance component extracted by the first extraction means Correction means for correcting at least one of the signal and the reactance component signal extracted by the second extraction means so that the sum of the amounts of change in the temperature change of the resistance component signal and the reactance component signal approaches zero. And output means for adding and outputting the corrected resistance component signal and the reactance component signal.

【0012】この場合、前記補正手段を、第1抽出手段
で抽出された抵抗成分信号を補正する第1補正手段と、
第2抽出手段で抽出されたリアクタンス成分信号を補正
する第2補正手段とで構成することが好ましい。
In this case, the correction means includes a first correction means for correcting the resistance component signal extracted by the first extraction means,
It is preferable to include a second correction unit that corrects the reactance component signal extracted by the second extraction unit.

【0013】前記のように構成した本発明の特徴によれ
ば、補正手段の補正によって、抵抗成分信号の温度変化
による変化量をリアクタンス成分信号の温度変化による
変化量に近づけるか、または、リアクタンス成分信号の
温度変化による変化量を抵抗成分信号の温度変化による
変化量に近づけることができる。これによって、インピ
ーダンス全体としては、温度変化による変化量が相殺さ
れる方向に向かい、温度変化による影響が少なくなる。
According to the feature of the present invention configured as described above, the amount of change in the resistance component signal due to temperature change is made closer to the amount of change in the reactance component signal due to temperature change, or The amount of change due to the temperature change of the signal can be approximated to the amount of change due to the temperature change of the resistance component signal. As a result, the impedance as a whole is directed in a direction in which the amount of change due to the temperature change is offset, and the influence of the temperature change is reduced.

【0014】これは、温度の上昇によって、抵抗成分信
号は上昇し、リアクタンス成分信号は下降するためであ
る。また、補正手段を第1および第2の2つの補正手段
で構成し、それぞれ、抵抗成分信号およびリアクタンス
成分信号を補正し、その温度変化に対する変化量の和が
0に近づくようにすることにより、より効果的な補正が
できる。
This is because the resistance component signal rises and the reactance component signal falls as the temperature rises. Further, the correction means is composed of first and second two correction means, which correct the resistance component signal and the reactance component signal, respectively, so that the sum of the change amounts with respect to the temperature change approaches 0. More effective correction can be made.

【0015】また、本発明の他の構成上の特徴は、抵抗
成分信号の補正増幅率をリアクタンス成分信号の補正増
幅率よりも小さくなるように設定したことにある。抵抗
成分信号およびリアクタンス成分信号を補正しない場
合、変化の幅は、抵抗成分信号の方がリアクタンス成分
信号よりも大きい。このため、抵抗成分信号の補正増幅
率をリアクタンス成分信号の補正増幅率よりも小さくす
ることにより、効率のよい補正が行える。この場合、抵
抗成分信号の補正はせず、リアクタンス成分信号だけを
補正してもよい。
Another feature of the present invention resides in that the correction amplification factor of the resistance component signal is set to be smaller than the correction amplification factor of the reactance component signal. When the resistance component signal and the reactance component signal are not corrected, the width of the change is larger in the resistance component signal than in the reactance component signal. Therefore, by making the correction amplification factor of the resistance component signal smaller than the correction amplification factor of the reactance component signal, efficient correction can be performed. In this case, only the reactance component signal may be corrected without correcting the resistance component signal.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図1は、同実施形態に係る磁界検出
装置10の概略構成図を示している。この磁界検出装置
10は、ブリッジ状に、それぞれ2個のMI素子(磁気
検出素子)11a,11bと、同抵抗値を有する2個の
抵抗12a,12bが配置され、抵抗12a,12bの
間に発振回路13が接続されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic field detection device 10 according to the embodiment. In this magnetic field detecting device 10, two MI elements (magnetic detecting elements) 11a and 11b and two resistors 12a and 12b having the same resistance value are arranged in a bridge shape, and between the resistors 12a and 12b. The oscillation circuit 13 is connected.

【0017】MI素子11a,11bは、互いの長手方
向を直交させた状態で配置され、ともに図2に示した構
造になっている。このMI素子11a(,11b)で
は、矩形平面状の半導体基板であるSiウエハ14の上
面に、矩形薄膜状の磁性体層15が形成され、磁性体層
15の上面における長手方向に沿う中央部に細長い矩形
薄膜状の導電体層16が、その長手方向を磁性体層15
の長手方向に揃えた状態で形成されている。そして、導
電体層16および磁性体15の上面に、導電体層16を
磁性体層15とで挟むようにして矩形薄膜状の磁性体層
17が形成されている。
The MI elements 11a and 11b are arranged with their longitudinal directions orthogonal to each other, and both have the structure shown in FIG. In the MI element 11a (11b), a rectangular thin film-shaped magnetic layer 15 is formed on the upper surface of an Si wafer 14 which is a rectangular planar semiconductor substrate, and a central portion along the longitudinal direction of the upper surface of the magnetic layer 15 is formed. The conductor layer 16 in the form of a rectangular thin film is elongated in the magnetic layer 15.
Are formed in a state aligned in the longitudinal direction. On the upper surfaces of the conductor layer 16 and the magnetic body 15, a rectangular thin film-shaped magnetic layer 17 is formed so as to sandwich the conductor layer 16 with the magnetic layer 15.

【0018】磁性体層15,17の長さは幅の5倍以上
で、幅は厚みの100〜1000倍になるように設定さ
れており、磁性体層15、導電体層16および磁性体層
17の各層は、順次スパッタ成膜によってSiウエハ1
4の上面に積層形成されている。このスパッタ成膜は、
以下のようにして行われる。すなわち、まず、真空チャ
ンバ内にターゲットの金属板(磁性体層15,17を形
成する場合は、CoNbZr,FeCoSiB,CoS
iB等、磁歪定数が略0のアモルファス軟磁性体、導電
体層16を形成する場合は、Cu,Al,Ag等の導電
体)を配置するとともに、その対向位置にSiウエハ1
4を配置する。
The length of the magnetic layers 15 and 17 is set to be at least 5 times the width and the width is set to be 100 to 1000 times the thickness. The magnetic layers 15, the conductor layers 16 and the magnetic layers Each of the layers 17 is formed by sputtering the Si wafer 1
4 is formed on the upper surface. This sputter deposition
This is performed as follows. That is, first, when forming the target metal plate (magnetic layers 15 and 17 in the vacuum chamber, CoNbZr, FeCoSiB, CoS
In the case of forming an amorphous soft magnetic material having a magnetostriction constant of approximately 0, such as iB, or a conductor layer 16, a conductor such as Cu, Al, or Ag) is disposed, and the Si wafer 1 is disposed at an opposing position.
4 is arranged.

【0019】つぎに、チャンバを高真空度に排気して、
ターゲットとSiウエハ14の間に高電圧を印加すると
ともに、真空チャンバ内にアルゴン等のガスを導入す
る。そして、このガスをプラズマ化し、プラズマ中のイ
オンを負電圧電極であるターゲットに衝突させてターゲ
ットの原子を飛散(スパッタ)させることによって、ス
パッタ粒子を陽極側に設けられたSiウエハ14の表面
に堆積させ、磁性体層15、導電体層16および磁性体
層17を順次形成する。
Next, the chamber is evacuated to a high vacuum,
A high voltage is applied between the target and the Si wafer 14, and a gas such as argon is introduced into the vacuum chamber. Then, this gas is turned into plasma, and ions in the plasma collide with a target which is a negative voltage electrode to scatter (sputter) atoms of the target, so that sputtered particles are deposited on the surface of the Si wafer 14 provided on the anode side. Then, a magnetic layer 15, a conductor layer 16, and a magnetic layer 17 are sequentially formed.

【0020】なお、この薄膜形成の際、薄膜形成位置以
外の部分に薄膜が形成されることを防止するためにマス
クを用い、薄膜形成位置だけに薄膜が形成されるように
する。また、各層15,16,17の形成後、この積層
体の長手方向に沿って直流磁場を印加した状態で、積層
体をアニール(熱処理)する。これによって、磁性体層
15,17の長手方向に沿った磁気異方性が付与されそ
の方向aが容易磁化方向となったMI素子11a,11
bが得られる。なお、導電体層16の両端部はそれぞれ
配線用の電極に構成されて、各配線に接続されている。
In forming the thin film, a mask is used to prevent the thin film from being formed in a portion other than the thin film forming position, so that the thin film is formed only in the thin film forming position. After the formation of each of the layers 15, 16, and 17, the laminate is annealed (heat-treated) while a DC magnetic field is applied along the longitudinal direction of the laminate. As a result, the magnetic elements 15a, 17 are provided with magnetic anisotropy along the longitudinal direction, and the direction a becomes the easy magnetization direction.
b is obtained. Both ends of the conductor layer 16 are formed as wiring electrodes, respectively, and are connected to the wirings.

【0021】発振回路13は、駆動手段としてMI素子
11a,11bに高周波の交流電流を通電するためのも
ので、その出力信号は抵抗12a,12bを介してMI
素子11a,11bにそれぞれ出力される。この発振回
路13としては、周波数安定度が高く、振幅の安定した
ものが使用される。そして、MI素子11a,11bの
電極、すなわち、抵抗12aとMI素子11aの間の電
極および抵抗12bとMI素子11bの間の電極がそれ
ぞれ差動増幅回路18の2つの入力端子に接続されてい
る。
The oscillating circuit 13 serves as a driving means for supplying a high-frequency AC current to the MI elements 11a and 11b.
The signals are output to the elements 11a and 11b, respectively. As the oscillating circuit 13, one having a high frequency stability and a stable amplitude is used. The electrodes of the MI elements 11a and 11b, that is, the electrodes between the resistor 12a and the MI element 11a and the electrodes between the resistor 12b and the MI element 11b are connected to two input terminals of the differential amplifier circuit 18, respectively. .

【0022】この差動増幅回路18は、MI素子11
a,11bの電極に発生する信号の差を検出しその二つ
の入力信号の差を増幅する回路で、この場合、抵抗12
bとMI素子11bの間の電圧Vと、抵抗12aとM
I素子11aの間の電圧Vとの電位の差V−V
を、V,Vの大きさに無関係に増幅する。
The differential amplifier circuit 18 includes the MI element 11
A circuit for detecting the difference between the signals generated at the electrodes a and 11b and amplifying the difference between the two input signals.
b and the voltage V 2 between the MI element 11b and the resistors 12a and M
Difference V 2 −V between potential between voltage V 1 and I element 11 a
1 is amplified regardless of the magnitudes of V 2 and V 1 .

【0023】すなわち、MI素子11a,11bに磁界
が印加されない状態では、電圧Vと電圧Vとは等し
いため、電位差V−Vは0であるが、磁界を印加す
ることによってそのバランスが崩れ電位差が生じる。こ
の際、電圧Vの信号は差動増幅回路18の一方の入力
端子に入力されるとともに、電圧Vの信号は差動増幅
回路18の他方の入力端子に入力されて、差動増幅回路
18はその差に応じた出力電圧Vの信号を、2つの同
期整流回路19a,19bに出力する。
[0023] That is, MI elements 11a, in a state in which the magnetic field is not applied to the 11b, for equal to the voltage V 1 and the voltage V 2, although the potential difference V 2 -V 1 is 0, the balance by applying a magnetic field Collapse and a potential difference occurs. At this time, the signal of the voltage V 1 is input to one input terminal of the differential amplifier circuit 18, and the signal of the voltage V 2 is input to the other input terminal of the differential amplifier circuit 18. 18 a signal of the output voltage V 3 corresponding to the difference between the two synchronous rectification circuit 19a, and outputs to 19b.

【0024】同期整流回路19aは、交流電圧を直流電
圧に変換するとともに、インピーダンスの中の抵抗成分
を抽出する回路である。この同期整流回路19aでは、
位相補正回路20から出力される位相基準信号と同位相
の信号のみが、差動増幅回路18からの出力信号から抽
出される。また、この同期整流回路19aは、発振回路
13に接続された位相補正回路20に接続されており、
発振回路13が出力する信号を位相補正回路20を介し
て位相基準信号として同期整流回路19aに入力する。
The synchronous rectifier circuit 19a is a circuit that converts an AC voltage into a DC voltage and extracts a resistance component from the impedance. In this synchronous rectifier circuit 19a,
Only a signal having the same phase as the phase reference signal output from the phase correction circuit 20 is extracted from the output signal from the differential amplifier circuit 18. This synchronous rectifier circuit 19a is connected to a phase correction circuit 20 connected to the oscillation circuit 13,
The signal output from the oscillation circuit 13 is input to the synchronous rectification circuit 19a via the phase correction circuit 20 as a phase reference signal.

【0025】同期整流回路19bも同期整流回路19a
と同様、交流電圧を直流電圧に変換し、また、インピー
ダンスの中のリアクタンス成分を抽出する。同期整流回
路19bも、発振回路13に接続された位相補正回路2
0に接続されており、発振回路13が出力する信号を位
相補正回路20を介して位相基準信号として同期整流回
路19bに入力する。この同期整流回路19bが位相補
正回路20を介して入力する信号と、同期整流回路19
aが入力する信号とは、位相補正回路20によって、9
0度の位相差がつけられている。
The synchronous rectifier circuit 19b is also a synchronous rectifier circuit 19a.
As in the above, the AC voltage is converted to the DC voltage, and the reactance component in the impedance is extracted. The synchronous rectifier circuit 19b also includes the phase correction circuit 2 connected to the oscillation circuit 13.
0, and the signal output from the oscillation circuit 13 is input to the synchronous rectification circuit 19b as a phase reference signal via the phase correction circuit 20. The signal input to the synchronous rectifier circuit 19b via the phase correction circuit 20 and the synchronous rectifier circuit 19b
The signal to be inputted by a is determined by the phase correction circuit 20 as 9
A phase difference of 0 degrees is provided.

【0026】位相補正回路20は、同期整流機構におい
て、位相関係を十分正しく保つための処理を行う回路で
あり、この場合、前述したように、発信回路13が出力
する位相基準信号のベースとなる信号を、位相を90度
変えて同期整流回路19a,19bに送る。したがっ
て、同期整流回路19aではインピーダンスの中の抵抗
成分が抽出され、同期整流回路19bではインピーダン
スの中のリアクタンス成分が抽出される。
The phase correction circuit 20 is a circuit for performing processing for maintaining the phase relationship sufficiently correctly in the synchronous rectification mechanism. In this case, as described above, the phase correction circuit 20 is a base of the phase reference signal output from the transmission circuit 13. The signal is sent to the synchronous rectifier circuits 19a and 19b with the phase changed by 90 degrees. Therefore, the synchronous rectifier circuit 19a extracts a resistance component in the impedance, and the synchronous rectifier circuit 19b extracts a reactance component in the impedance.

【0027】すなわち、発振回路13は、位相基準信号
のベースとなる信号を発生し、これを位相補正回路20
に送る。位相補正回路20は、位相基準信号のベースと
なる信号と位相差が0である信号を同期整流回路19b
に送るとともに、一方では位相基準信号のベースとなる
信号と90度位相がずれた信号を作り、この信号を同期
整流回路19aに送る。そして、同期整流回路19a,
19bには、差動増幅回路18の出力信号が入力されて
おり、この信号から求められるインピーダンスZは、下
記の数式で表すことができる。
That is, the oscillation circuit 13 generates a signal serving as a base of the phase reference signal, and outputs the signal to the phase correction circuit 20.
Send to The phase correction circuit 20 converts the signal having a phase difference of 0 from the signal serving as the base of the phase reference signal into the synchronous rectification circuit 19b
On the other hand, a signal that is 90 degrees out of phase with the signal serving as the base of the phase reference signal is generated, and this signal is sent to the synchronous rectifier circuit 19a. Then, the synchronous rectifier circuit 19a,
The output signal of the differential amplifier circuit 18 is input to 19b, and the impedance Z obtained from this signal can be expressed by the following equation.

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】なお、Asinθは抵抗成分で、Acosθはリ
アクタンス成分である。したがって、90度位相がずれ
てθが90度の場合には、Z=Asinθとなり、θが0
度の場合には、Z=Acosθとなって、それぞれ、同期
整流回路19aではインピーダンスとして抵抗成分Aだ
けが抽出され、同期整流回路19bではインピーダンス
としてリアクタンス成分Aだけが抽出される。
Asin θ is a resistance component, and A cos θ is a reactance component. Therefore, when the phase is shifted by 90 degrees and θ is 90 degrees, Z = Asin θ, and θ becomes 0
In the case of degrees, Z = Acos θ, and only the resistance component A is extracted as impedance in the synchronous rectifier circuit 19a, and only the reactance component A is extracted as impedance in the synchronous rectifier circuit 19b.

【0030】そして、同期整流回路19aは、ローパス
フィルタ回路21aに接続され、ローパスフィルタ回路
21aは可変増幅器22aに接続されている。
The synchronous rectifier circuit 19a is connected to a low-pass filter circuit 21a, and the low-pass filter circuit 21a is connected to a variable amplifier 22a.

【0031】ローパスフィルタ回路21aは、ノイズ等
の不要な成分を除去するとともに、0からある有限の遮
断周波数にいたるまでの単一の伝送帯域を持つフィルタ
であり、この場合、直流を通過させて、電源周波数とそ
の高調波を阻止することにより交流信号を直流信号に変
換する。すなわち、同期整流回路19aによって変換さ
れた交流は、正弦波波形の正方向の電圧をもつ凹凸のあ
る波形をしており、ローパスフィルタ回路21aは、こ
の凹凸のある波形を滑らかな波形に変えることにより直
流に変換する。なお、同期整流回路19a、位相補正回
路20およびローパスフィルタ回路21aでインピーダ
ンスの検出信号から抵抗成分信号を抽出する第1抽出手
段が構成されている。
The low-pass filter circuit 21a is a filter that removes unnecessary components such as noise and has a single transmission band from 0 to a certain finite cutoff frequency. Converts the AC signal to a DC signal by blocking the power supply frequency and its harmonics. That is, the alternating current converted by the synchronous rectifier circuit 19a has an uneven waveform having a positive voltage of a sine wave waveform, and the low-pass filter circuit 21a converts the uneven waveform into a smooth waveform. To convert to DC. The synchronous rectifier circuit 19a, the phase correction circuit 20, and the low-pass filter circuit 21a constitute a first extraction unit that extracts a resistance component signal from the impedance detection signal.

【0032】可変増幅器22aは、第1補正手段として
入力信号を増幅するもので、入力信号より大きな出力信
号を伝えることができ、ローパスフィルタ回路21aか
らの信号を適宜重み付けして増幅する。また、予め増幅
定数を任意に設定することもでき、この場合、雰囲気温
度に応じて変化する増幅定数を設定しておく。
The variable amplifier 22a amplifies the input signal as the first correction means, can transmit an output signal larger than the input signal, and amplifies the signal from the low-pass filter circuit 21a by appropriately weighting it. Also, the amplification constant can be set arbitrarily in advance. In this case, an amplification constant that changes according to the ambient temperature is set.

【0033】また、同期整流回路19bは、ローパスフ
ィルタ回路21bに接続され、ローパスフィルタ回路2
1bは可変増幅器22bに接続されている。
The synchronous rectifier circuit 19b is connected to the low-pass filter circuit 21b,
1b is connected to the variable amplifier 22b.

【0034】ローパスフィルタ回路21bは、ローパス
フィルタ回路21aと同様、直流を通過させて、電源周
波数とその高調波を阻止することにより交流信号を直流
信号に変換する。この場合、同期整流回路19bによっ
て変換された交流を、滑らかな波形に変換することによ
り直流にする。なお、同期整流回路19b、位相補正回
路20およびローパスフィルタ回路21bでインピーダ
ンスの検出信号からリアクタンス成分信号を抽出する第
2抽出手段が構成されている。したがって、位相補正回
路20は、同期整流回路19aに接続される点で第1抽
出手段に属し、同期整流回路19bに接続される点で第
2抽出手段に属する。
Like the low-pass filter circuit 21a, the low-pass filter circuit 21b converts an AC signal into a DC signal by passing a DC and blocking a power supply frequency and its harmonics. In this case, the alternating current converted by the synchronous rectifier circuit 19b is converted into a direct current by converting it into a smooth waveform. The synchronous rectification circuit 19b, the phase correction circuit 20, and the low-pass filter circuit 21b constitute a second extraction unit that extracts a reactance component signal from the impedance detection signal. Therefore, the phase correction circuit 20 belongs to the first extraction unit at a point connected to the synchronous rectification circuit 19a, and belongs to the second extraction unit at a point connected to the synchronous rectification circuit 19b.

【0035】可変増幅器22bは、第2補正手段とし
て、リアクタンス成分の増幅を行う。ここで、可変増幅
器22aが行う抵抗成分の増幅と、可変増幅器22bが
行うリアクタンス成分の増幅は、温度変化による抵抗成
分の変化量と、リアクタンス成分の変化量とが互いの変
化量を相殺して、温度変化による影響がなくなるような
設定にする。
The variable amplifier 22b amplifies a reactance component as a second correction means. Here, in the amplification of the resistance component performed by the variable amplifier 22a and the amplification of the reactance component performed by the variable amplifier 22b, the change amount of the resistance component due to the temperature change and the change amount of the reactance component cancel each other. , So that the influence of the temperature change is eliminated.

【0036】加算器23は、可変増幅器22aが出力す
る抵抗分の信号を入力するとともに、可変増幅器22b
が出力するリアクタンス分の信号を入力し、これらの信
号を加算することによって不要成分の信号を相殺したの
ち検出信号として出力する出力手段である。
The adder 23 inputs a signal corresponding to the resistance output from the variable amplifier 22a, and
Are output means for inputting signals corresponding to the reactances output by the control unit, adding up these signals, canceling out unnecessary component signals, and outputting the signals as detection signals.

【0037】これによって、温度変化による影響をなく
すことができる。これを詳しく説明すると、図3に示す
ように、この補正を行わない場合には、温度を−50℃
〜100℃まで変化させると、抵抗成分信号bは3vか
ら4.4vになって、変動幅cが1.4v上昇する。こ
れに対し、リアクタンス成分信号dは4vから3.65
vになり、変動幅eが0.35v下降する。この結果、
抵抗成分信号bの増加の幅がリアクタンス成分信号dの
減少の幅を大きく上回り、温度が高くなるほどインピー
ダンス値が大きくなるという現象が生じていた。
Thus, the influence of the temperature change can be eliminated. To explain this in detail, as shown in FIG. 3, when this correction is not performed, the temperature is set to −50 ° C.
When the temperature is changed to 100 ° C., the resistance component signal b changes from 3v to 4.4v, and the fluctuation width c increases by 1.4v. On the other hand, the reactance component signal d is changed from 4v to 3.65.
and the fluctuation width e decreases by 0.35 v. As a result,
The phenomenon that the width of the increase in the resistance component signal b greatly exceeds the width of the decrease in the reactance component signal d, and that the impedance value increases as the temperature increases.

【0038】しかしながら、上記の補正を行うことによ
り、抵抗成分信号bの変動幅cとリアクタンス成分信号
dの変動幅eは、図4に示すような関係になる。すなわ
ち、図4に示した補正では、抵抗成分信号bは補正せず
に変動幅cのままにしておき、リアクタンス成分信号f
には、変動幅gが抵抗成分信号bの変動幅cと略等しい
値になるように重み付けをしている。これによって、抵
抗成分信号bのプラスの変動幅cと、リアクタンス成分
信号fのマイナスの変動幅gの和が0になるようにして
いる。
However, by performing the above correction, the variation width c of the resistance component signal b and the variation width e of the reactance component signal d have a relationship as shown in FIG. That is, in the correction shown in FIG. 4, the resistance component signal b is not corrected and the variation width c is kept, and the reactance component signal f
Are weighted so that the fluctuation width g is substantially equal to the fluctuation width c of the resistance component signal b. Thus, the sum of the positive fluctuation width c of the resistance component signal b and the negative fluctuation width g of the reactance component signal f is set to 0.

【0039】この結果、磁界検出装置10は、温度によ
る影響が生じなくなり、高温時、低温時に拘わらず精度
のよい検出が行えるようになる。なお、この実施形態の
ように、抵抗成分信号bの補正を行わない場合には、磁
界検出装置10から可変増幅器22aを省略することが
できる。
As a result, the magnetic field detection device 10 is not affected by temperature, and can perform accurate detection regardless of whether the temperature is high or low. When the correction of the resistance component signal b is not performed as in this embodiment, the variable amplifier 22a can be omitted from the magnetic field detection device 10.

【0040】また、逆に、図3におけるリアクタンス成
分dは補正せずにの変動幅eのままにしておき、抵抗成
分信号bには、変動幅cがリアクタンス成分信号dの変
動幅eと略等しい値になるように重み付けをして、リア
クタンス成分信号dのマイナスの変動幅eと、抵抗成分
信号のプラスの変動幅の和が0になるようにすることも
できる。この場合は、磁界検出装置10から可変増幅器
22bを省略することができる。
Conversely, the reactance component d in FIG. 3 remains unchanged without change, and the resistance component signal b has a change width c substantially equal to the change width e of the reactance component signal d. Weighting may be performed so as to have the same value, and the sum of the negative fluctuation width e of the reactance component signal d and the positive fluctuation width of the resistance component signal may be zero. In this case, the variable amplifier 22b can be omitted from the magnetic field detection device 10.

【0041】また、図3における抵抗成分信号bの変動
幅cと、リアクタンス成分dの変動幅eの双方を補正し
て互いの変動幅の和が0になるように近づけることもで
きる。この場合、抵抗成分信号bの補正増幅率をリアク
タンス成分dの補正増幅率よりも小さくなるように設定
することが好ましい。
Further, both the variation width c of the resistance component signal b and the variation width e of the reactance component d in FIG. 3 can be corrected so that the sum of the variation widths becomes zero. In this case, it is preferable to set the correction amplification factor of the resistance component signal b to be smaller than the correction amplification factor of the reactance component d.

【0042】このように、この磁界検出装置10によれ
ば、抵抗成分とリアクタンス成分の温度特性の違いによ
る検出誤差を防止することができる。また、MI素子1
1a,11bの磁性体層15,17には、磁性体層1
5,17の長手方向に沿って磁気異方性が付与されてい
るため、磁壁移動による温度特性への影響もなくなる。
この結果、温度の影響を受けない精度のよい磁界検出装
置10が得られる。
As described above, according to the magnetic field detecting device 10, it is possible to prevent a detection error due to a difference in temperature characteristics between the resistance component and the reactance component. MI element 1
The magnetic material layers 1 and 11b have the magnetic material layers 15 and 17, respectively.
Since the magnetic anisotropy is provided along the longitudinal directions of Nos. 5 and 17, there is no influence on the temperature characteristics due to domain wall movement.
As a result, a highly accurate magnetic field detection device 10 that is not affected by temperature can be obtained.

【0043】また、本発明に係る磁界検出装置10は、
磁界を利用するセンサであればどのようなセンサにでも
利用が可能であるが、特に、位置センサ、回転センサ、
方位センサ等への使用が好適である。
Further, the magnetic field detecting device 10 according to the present invention
Any sensor that uses a magnetic field can be used, but in particular, a position sensor, a rotation sensor,
Use for an orientation sensor or the like is preferable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態による磁気検出装置の概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a magnetic detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 MI素子の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an MI element.

【図3】 補正前の温度に対する抵抗成分とリアクタン
ス成分の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a resistance component and a reactance component with respect to a temperature before correction.

【図4】 補正後の温度に対する抵抗成分とリアクタン
ス成分の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a resistance component and a reactance component with respect to a temperature after correction.

【図5】 温度を変えた場合の磁界とインピーダンスの
関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between magnetic field and impedance when the temperature is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…磁界検出装置、11a,11b…MI素子、19
a,19b…同期整流回路、22a,22b…可変増幅
器、23…加算器、b…抵抗成分信号、c,e,g…変
動幅、d,f…リアクタンス成分信号。
Reference numeral 10: magnetic field detector, 11a, 11b: MI element, 19
a, 19b: synchronous rectifier circuit, 22a, 22b: variable amplifier, 23: adder, b: resistance component signal, c, e, g: fluctuation width, d, f: reactance component signal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 浩二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 松原 宏成 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 川尻 直樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 杉谷 伸芳 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 西部 祐司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山寺 秀哉 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 太田 則一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 2F077 AA13 JJ07 TT06 TT13 UU08 2G017 AA02 AB05 AC04 AD01 BA09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Koji Aoyama, Toyota-cho, Toyota-cho, Aichi Prefecture, Toyota Motor Corporation (72) Inventor Hironari Matsubara, Toyota-cho, Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Prefecture 72) Inventor Naoki Kawajiri 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Nobuyoshi Sugitani 1 Toyota Town Toyota City, Toyota City Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Yuji Nishibe Aichi 41 Toyota Chuo Research Institute, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Institute, Inc. (72) Inventor Hideya Yamadera 41 Toyota Chuo Research Institute, Aichi-gun, Nagakute-cho, Aichi-gun Inventor Noriichi Ota 41-41, Chuchu-ji, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. F term (reference) 2F077 AA13 JJ07 TT06 TT13 UU08 2G017 AA02 AB05 AC04 AD01 BA09

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁気検出素子を備え、外部磁界に応じた電
気的特性の変化を検出する磁界検出装置であって、 前記磁気検出素子によるインピーダンスの検出信号から
抵抗成分信号を抽出する第1抽出手段と、 前記磁気検出素子によるインピーダンスの検出信号から
リアクタンス成分信号を抽出する第2抽出手段と、 前記第1抽出手段で抽出された抵抗成分信号と、前記第
2抽出手段で抽出されたリアクタンス成分信号のうちの
少なくとも一方の成分信号を、前記抵抗成分信号と前記
リアクタンス成分信号の温度変化に対する変化量の和が
0に近づくように補正する補正手段と、 前記補正後の抵抗成分信号とリアクタンス成分信号を加
算して出力する出力手段とを備えたことを特徴とする磁
界検出装置。
1. A magnetic field detecting device comprising a magnetic detecting element and detecting a change in an electrical characteristic according to an external magnetic field, wherein a first extraction for extracting a resistance component signal from an impedance detection signal by the magnetic detecting element. Means, a second extraction means for extracting a reactance component signal from an impedance detection signal by the magnetic detection element, a resistance component signal extracted by the first extraction means, and a reactance component extracted by the second extraction means Correction means for correcting at least one component signal of the signals so that the sum of the change amount of the resistance component signal and the reactance component signal with respect to the temperature change approaches 0; and the corrected resistance component signal and the reactance component. Output means for adding and outputting a signal.
【請求項2】前記補正手段が、 前記第1抽出手段で抽出された抵抗成分信号を補正する
第1補正手段と、 前記第2抽出手段で抽出されたリアクタンス成分信号を
補正する第2補正手段とで構成されている請求項1に記
載の磁界検出装置。
2. The first correction means for correcting the resistance component signal extracted by the first extraction means, and the second correction means for correcting the reactance component signal extracted by the second extraction means. 2. The magnetic field detection device according to claim 1, comprising:
【請求項3】抵抗成分信号の補正増幅率をリアクタンス
成分信号の補正増幅率よりも小さくなるように設定した
請求項1または2に記載の磁界検出装置。
3. The magnetic field detecting device according to claim 1, wherein the correction amplification factor of the resistance component signal is set to be smaller than the correction amplification factor of the reactance component signal.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007508534A (en) * 2003-10-08 2007-04-05 サントル ナシオナル デチュード スパシアル Magnetic field measuring device
JP7540234B2 (en) 2020-08-06 2024-08-27 株式会社レゾナック Magnetic sensor circuit and magnetic field detection device

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