JP2000338207A - 磁気インピーダンス効果素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を少なくし、外部磁界の方向による
検出感度の差を無くし、且つ、構造を簡素にする。 【解決手段】 磁気インピーダンス効果素子５と、磁気
インピーダンス効果素子５に駆動パルスを印加する素子
駆動回路３と、磁気インピーダンス効果素子５巻回され
た検出コイル１０と、検出コイルで検出した電圧を保持
する第一のサンプルホールド回路１１および第二のサン
プルホールド回路１２と、第一のサンプルホールド回路
１１に保持された電圧と第二のサンプルホールド回路１
２に保持された電圧との差の電圧を出力する差動増幅器
９とを備え、検出コイル１０で駆動パルスの立ち上がり
時刻と立ち下がり時刻とで極性が互いに逆向きの電圧を
検出し、一方の極性の電圧を第一のサンプルホールド回
路１１で保持し、他方の極性の電圧を第二のサンプルホ
ールド回路１２で保持した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば生体信号検
出装置等の磁気センサとして使用される磁気インピーダ
ンス効果素子（ＭＩ素子という）の駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気インピーダンス効果は、高透磁率を
有する磁性体に高周波電流を流した際に、その磁性体の
インピーダンスが外部磁界によって変化する現象であ
り、この磁性体をＭＩ素子と呼んでいる。そして、この
現象を利用した磁気センサ等が実用化されている。

【０００３】図３は従来のＭＩ素子の駆動回路の構成図
であり、パルス発生器３１から出力される連続パルスは
素子駆動回路３２とサンプリングパルス発生回路３３と
に入力される。素子駆動回路３２は二つのＣーＭＯＳイ
ンバータ３２ａ、３２ｂから互いに同一タイミング方形
波の駆動パルスを連続して出力する。第一のＣ−ＭＯＳ
インバータ３２ａから出力された駆動パルスは第一の抵
抗３４を直列に介して第一のＭＩ素子３５の一端に印加
され、第二のＣ−ＭＯＳインバータ３２ｂから出力され
た駆動パルスは第二の抵抗３６を直列に介して第二のＭ
Ｉ素子３７の一端に印加される。そして、二つのＭＩ素
子３５、３７の他端が接地されているので、ＭＩ素子３
５、３７のそれぞれに高周波電流（パルス電流）が流れ
る。

【０００４】ここで、ＭＩ素子３５、３７は線状に形成
され、しかも互いに平行となるように配置されている。
そして、第一のＭＩ素子３５と第二のＭＩ素子３７の磁
束は外部磁界Ｈｅによって変化し、それに伴ってそれぞ
れのＭＩ素子３５、３７に巻かれた検出コイルに現れる
電圧が変化する。

【０００５】検出部４０は、第一の検出回路４１と第二
の検出回路４２と差動増幅器４３とからなり、第一の検
出回路４１で検出した電圧と第二の検出回路４２で検出
した電圧との差の電圧が差動増幅器４３で増幅されて取
り出される。

【０００６】第一の検出回路４１は、第一のＭＩ素子３
５に現れる電圧を検出する第一の検出コイル４４と、第
一の検出コイル４４が検出した電圧をサンプリングする
と共に保持する第一のサンプルホールド回路４５とを有
し、第一の検出コイル４４と第一のサンプルホールド回
路４５とが直列に接続される。第一のサンプルホールド
回路４５は互いに直列に接続された第一のスイッチ４５
ａと第一の充電回路４５ｂとからなり、第一の充電回路
４５ｂは並列接続された抵抗Ｒ、コンデンサＣとからな
る。第一の検出コイル４４は第一のＭＩ素子３５に巻回
される。

【０００７】また、第二の検出回路４２は、第二のＭＩ
素子３７に現れる電圧を検出する第二の検出コイル４６
と、第二の検出コイル４６が検出した電圧をサンプリン
グすると共に保持する第二のサンプルホールド回路４７
とを有し、第二の検出コイル４６と第二のサンプルホー
ルド回路４７とが直列に接続される。第二のサンプルホ
ールド回路４７は互いに直列に接続された第二のスイッ
チ４７ａと第二の充電回路４７ｂとからなり、第二の充
電回路４７ｂは並列接続された抵抗Ｒ、コンデンサＣと
からなる。第二の検出コイル４６は第二のＭＩ素子３７
に巻回される。そして、直流電圧Ｂを分圧する抵抗Ｒ
１、Ｒ２によって第一の検出回路４１と第二の検出回路
４２とにバイアス電圧が印加される。

【０００８】一方、パルス発生器３１から出力されるパ
ルスは、サンプリングパルス発生回路３３にも入力さ
れ、このサンプリングパルス発生回路３３からは、素子
駆動回路３２から出力される駆動パルスの、例えば、立
ち上がり時刻でサンプリングパルスが出力される。この
サンプリングパルスは、第一のスイッチ４５ａと第二の
スイッチ４７ａとに印加される。

【０００９】そして、素子駆動回路３２から出力された
駆動パルスがＭＩ素子３５、３７に印加されると、検出
コイル４４、４６には駆動パルスの立ち上がり時刻にお
いて互いに逆向きの電圧が発生し、この電圧がそれぞれ
第一と第二の検出コイル４４、４６で検出される。この
検出された電圧の向きも互いに逆となる。すなわち、第
一のコイル４４で、第一のスイッチ４５ａが接続された
側の電圧の極性が正となれば、第二の検出コイル４６で
は、第二のスイッチ４７ａが接続された側の電圧の極性
が負となる。

【００１０】そして、第一のスイッチ４５ａと第二のス
イッチ４７ａとには駆動パルスの立ち上がり時刻でサン
プリングパルスが印加され、第一及び第二のスイッチ４
５ａ、４７ａが閉じて、第一及び第二の充電回路４５
ｂ、４７ｂのそれぞれにサンプリングされた電圧が保持
される。

【００１１】保持された二つの電圧は差動増幅器４３に
よって差動増幅される。差動増幅器４３から出力される
出力電圧は、外部磁界の向きによって、例えば図４に示
すように、正または負の値となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
磁気インピーダンス効果素子の駆動回路においては、二
つのＭＩ素子を有するので、それに伴って、検出コイル
も二つ備えなくてはならず、構造が複雑になっていた。
また、二つのＭＩ素子に駆動パルスを印加するので、消
費電力が大きくなっていた。さらに、二つのＭＩ素子の
特性に差があると、二つの検出コイルで検出した電圧が
互いに異なり、外部磁界の方向が変わることによって検
出感度が変わってしまうという問題があった。

【００１３】そこで、本発明の磁気インピーダンス効果
素子の駆動回路においては、消費電力を少なくし、外部
磁界の方向による検出感度の差を無くし、且つ、構造を
簡素にすることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の磁気インピーダンス効果素子の検出回路
は、磁気インピーダンス効果素子と、前記磁気インピー
ダンス効果素子に駆動パルスを印加する素子駆動回路
と、前記磁気インピーダンス効果素子に巻回した検出コ
イルと、前記検出コイルで検出した電圧を保持する第一
のサンプルホールド回路および第二のサンプルホールド
回路と、前記第一のサンプルホールド回路に保持された
電圧と前記第二のサンプルホールド回路に保持された電
圧との差の電圧を出力する差動増幅器とを備え、前記検
出コイルで前記駆動パルスの立ち上がり時刻と立ち下が
り時刻とで極性が互いに逆向きの電圧を検出し、一方の
極性の電圧を前記第一のサンプルホールド回路で保持
し、他方の極性の電圧を前記第二のサンプルホールド回
路で保持した。

【００１５】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子の検出回路は、前記駆動パルスのパルス幅を、前記検
出コイルから出力される電圧の立ち上がり時刻からピー
ク値に達する時刻までの時間より長くなるように設定し
た。

【００１６】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子の検出回路は、前記駆動パルスのパルス幅を、前記検
出コイルから出力される電圧の立ち上がり時刻から前記
検出された電圧のリンギングがほぼ収束する時刻までの
時間となるように設定した。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の磁気インピーダン
ス効果素子（以下、ＭＩ素子という）の駆動回路を示す
構成図であり、パルス発生器１から連続して出力される
パルスは素子駆動回路２とサンプリングパルス発生回路
３とに入力される。素子駆動回路２は二段のインバータ
で構成される入力バッファ２ａと時定数回路２ｂとイン
バータで構成される出力バッファ２ｃとからなり、出力
バッファ３ｃから方形波の駆動パルスを連続して出力す
る。時定数回路２ｂによって駆動パルスのパルス幅が変
えられ、いわゆるデュティ比が変わる。駆動パルスは、
抵抗４を直列に介してＭＩ素子５の一端に印加される。
ＭＩ素子５はその他端が接地されており、高周波電流
（パルス電流）が流れる。

【００１８】ここで、ＭＩ素子５は線状に形成され、そ
のインピーダンスは外部磁界Ｈｅによって変化し、それ
に伴ってＭＩ素子５に現れる電圧が変化する。

【００１９】検出部７は、検出回路８と差動増幅器９と
からなる。さらに、検出回路８はＭＩ素子５に巻回した
検出コイル１０と第一のサンプルホールド回路１１と第
二のサンプルホールド回路１２とを有し、二つのサンプ
ルホールド回路１１、１２に保持された電圧の差の電圧
が差動増幅器９で増幅される。第一のサンプルホールド
回路１１と第二のサンプルホールド回路１２とは共に検
出コイル１０に並列に接続される。

【００２０】第一のサンプルホールド回路１１は互いに
直列接続された第一のスイッチ１１ａと第一の充電回路
１１ｂとで構成され、第一の充電回路１１ｂは互いに並
列接続された抵抗ＲとコンデンサＣを有する。また、第
二のサンプルホールド回路１２は互いに直列接続された
第二のスイッチ１２ａと第二の充電回路１２ｂとで構成
され、第二の充電回路１２ｂは互いに並列接続された抵
抗ＲとコンデンサＣを有する。そして、直流電圧Ｂを分
圧する分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２によって検出回路８にバイア
ス電圧が印加される。

【００２１】一方、パルス発生器１から出力されるパル
スは、サンプリングパルス発生回路３にも入力される。
サンプリングパルス発生回路３は二つの系統を有し、そ
れぞれインバータからなる出力バッファ３ａ、３ｂを有
し、これら出力バッファ３ａ、３ｂとパルス発生器１と
の間に時定数回路３ｃを有している。

【００２２】そして、一方の出力バッファ３ａからは、
素子駆動回路２から出力される駆動パルスの、例えば、
立ち上がり時刻に同期するサンプリングパルスＰ１が出
力され、他方の出力バッファ３ｂからは、駆動パルスの
立ち下がり時刻に同期するサンプリングパルスＰ２が出
力される。一方のサンプリングパルスＰ１は第一のサン
プルホールド回路１１の第一のスイッチ１１ａに加えら
れ、他方のサンプリングパルスＰ２は第二のサンプルホ
ールド回路１２の第二のスイッチ１２ａに加えられる。
サンプリングパルスＰ１Ｐ２のパルス幅は時定数回路３
ｃによって調整出来るようにしている。

【００２３】そして、素子駆動回路２から図２のＡに示
すような方形波の駆動パルスがＭＩ素子５に印加される
と、検出コイル１０には駆動パルスの立ち上がり時刻と
立ち下がり時刻で互いに逆向きの電圧が発生する。検出
コイル１０に現れる電圧の大きさは外部磁界Ｈｅに比例
する。即ち、図２のＢに示すように、駆動パルスの立ち
上がり時に極性が正の電圧が検出される。ここで、極性
が正の電圧とは、例えば、コイル１０の、スイッチ１１
ａ、１２ａが接続された側が正の電圧となることとす
る。検出された電圧はその後振動し、いわゆるリンギン
グが起こる。リンギングは回路定数で決まる所定期間を
経て収束する。

【００２４】一方、方形波の立ち下がり時には極性が負
の電圧が検出される。負の電圧もリンギングを起こし
て、回路定数で決まる所定期間を経て収束する。検出コ
イル１０で検出される正の電圧及び負の電圧も外部磁界
Ｈｅに比例する。

【００２５】ここで、駆動パルスの繰り返し周期が決め
られている条件のもとで駆動パルスによる消費電力を少
なくするためには、デュティ比を５０％以下にすること
が望ましい。また、駆動パルスの幅を狭くするほど消費
電力をすくなくすることが出来るが、あまり狭くすると
検出コイル１０で検出する正の電圧がピーク値に達する
以前に駆動パルスが立ち下がるようにすると正確な正の
電圧が得られなくなる。従って、少なくとも正の電圧が
立ち上がってからピーク値に達するまでの時間以上のパ
ルス幅が必要となる。そして、駆動パルスの立ち上がり
時刻で検出した正の電圧のリンギングが収束する時刻の
近傍で駆動パルスを立ち下げるようにすれば、負の電圧
が正の電圧のリンギングによって影響されることはない
ので正確な値となる。

【００２６】そして、図２のＣに示すように、第一のス
イッチ１１ａには駆動パルスの立ち上がり時刻でサンプ
リングパルスＰ１が印加され、また、図２のＤに示すよ
うに、第二のスイッチ１２ａには駆動パルスの立ち下が
り時刻でサンプリングパルスＰ２が印加される。ここ
で、サンプリングパルスＰ１のパルス幅は、検出コイル
１０で検出される正の電圧の立ち上がり時からピーク値
に達するまでの時間幅となるように時定数回路３ｃで設
定される。同様に、サンプリングパルスＰ２のパルス幅
は、検出コイル１０で検出される負の電圧の立ち上がり
時からピーク値に達するまでの時間幅となるように時定
数回路３ｃで設定される。

【００２７】すると、駆動パルスの立ち上がりではサン
プリングパルスＰ１によって第一のスイッチ１１ａが閉
じて検出コイル１０で検出された正の電圧がサンプリン
グされて充電回路１１ｂに充電され、同様に、駆動パル
スの立ち下がりではサンプリングパルスＰ２によって第
二のスイッチ１２ａが閉じて検出コイル１０で検出され
た負の電圧がサンプリングされて充電回路１２ｂに充電
される。そして、駆動パルスが連続してＭＩ素子５に印
加されることによって、充電回路１１ｂ、１２ｂに充電
される電圧は、図２のＥおよびＦに示すように、ほぼ一
定の電圧となって保持される。

【００２８】なお、充電回路１１ｂ、１２ｂに充電され
た電圧が抵抗Ｒによって放電するが、駆動パルスの繰り
返し周期の間での放電が無視できる程度となるように充
電回路１１ｂ、１２ｂの時定数が設定される。

【００２９】保持された二つの電圧は、バイアス電圧に
対して互いに逆向きとなっているので、差動増幅器９に
よって差動増幅される。差動増幅器９から出力される出
力電圧は、例えば図３に示すように、外部磁界に比例す
ると共にその向きも変わる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明の磁気インピーダ
ンス効果素子の駆動回路は、検出コイルで駆動パルスの
立ち上がり時刻と立ち下がり時刻とで極性が互いに逆向
きの電圧を検出し、一方の極性の電圧を第一のサンプル
ホールド回路で保持し、他方の極性の電圧を第二のサン
プルホールド回路で保持したので、一個の磁気インピー
ダンス効果素子で極性の異なる電圧を検出できる。従っ
て、検出コイルや励磁コイルも各一個で済み、構造が簡
素になる。また、磁気インピーダンス効果素子が一個で
よいので、外部磁界の方向による検出感度の差を無くす
ことができる。また、駆動のための消費電力を少なくす
ることができる。

【００３１】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子の検出回路は、駆動パルスのパルス幅を、検出コイル
から出力される電圧の立ち上がり時刻からピーク値に達
する時刻までの時間より長くなるように設定したので、
検出コイルでは最大の電圧を検出出来る。

【００３２】また、本発明の磁気インピーダンス効果素
子の検出回路は、駆動パルスのパルス幅を、検出コイル
から出力される電圧の立ち上がり時刻から検出された電
圧のリンギングがほぼ収束する時刻までの時間となるよ
うに設定したので、検出コイルによって電圧を正確に検
出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気インピーダンス効果素子の駆動回
路の構成図である。

【図２】本発明の磁気インピーダンス効果素子の駆動回
路における動作を説明するタイミングチャートである。

【図３】従来の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路
の構成図である。

【図４】従来の磁気インピーダンス効果素子の駆動回路
で検出された出力電圧の特性図である。

【符号の説明】

１ パルス発生器 ２ 素子駆動回路 ２ａ 入力バッファ ２ｂ 時定数回路 ２ｃ 出力バッファ ３ サンプリングパルス発生回路 ３ａ、３ｂ 出力バッファ ３ｃ 時定数回路 ４ 抵抗 ５ 磁気インピーダンス効果素子 ７ 検出部 ８ 検出回路 ９ 差動増幅器 １０ 検出コイル １１ 第一のサンプルホールド回路 １１ａ 第一のスイッチ １１ｂ 第一の時定数回路 １２ 第二のサンプルホールド回路 １２ａ 第二のスイッチ １２ｂ 第二の時定数回路 Ｒ 抵抗 Ｒ１、Ｒ２ 分圧抵抗

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月２日（１９９９．６．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気インピーダンス効果素子と、前記磁
   気インピーダンス効果素子に駆動パルスを印加する素子
   駆動回路と、前記磁気インピーダンス効果素子に巻回し
   た検出コイルと、前記検出コイルで検出した電圧を保持
   する第一のサンプルホールド回路および第二のサンプル
   ホールド回路と、前記第一のサンプルホールド回路に保
   持された電圧と前記第二のサンプルホールド回路に保持
   された電圧との差の電圧を出力する差動増幅器とを備
   え、前記検出コイルで前記駆動パルスの立ち上がり時刻
   と立ち下がり時刻とで極性が互いに逆向きの電圧を検出
   し、一方の極性の電圧を前記第一のサンプルホールド回
   路で保持し、他方の極性の電圧を前記第二のサンプルホ
   ールド回路で保持したことを特徴とする磁気インピーダ
   ンス効果素子の駆動回路。
2. 【請求項２】 前記駆動パルスのパルス幅を、前記検出
   コイルから出力される電圧の立ち上がり時刻からピーク
   値に達する時刻までの時間より長くなるように設定した
   ことを特徴とする請求項１記載の磁気インピーダンス効
   果素子の駆動回路。
3. 【請求項３】 前記駆動パルスのパルス幅を、前記検出
   コイルから出力される電圧の立ち上がり時刻から前記検
   出された電圧のリンギングがほぼ収束する時刻までの時
   間となるように設定したことを特徴とする請求項１記載
   または２記載の磁気インピーダンス効果素子の駆動回
   路。