JPH06235759A - 磁化切換え形閉ループ磁力計 - Google Patents
磁化切換え形閉ループ磁力計Info
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- JPH06235759A JPH06235759A JP5349288A JP34928893A JPH06235759A JP H06235759 A JPH06235759 A JP H06235759A JP 5349288 A JP5349288 A JP 5349288A JP 34928893 A JP34928893 A JP 34928893A JP H06235759 A JPH06235759 A JP H06235759A
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- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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- G—PHYSICS
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- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 能率よく外部磁界を感知する磁気抵抗ブリッ
ジを有する磁化切換え形閉ループ磁力計を提供する。 【構成】 ブリッジから増幅器に至る出力信号は、帰還
コイルにより、磁気的に零にされる。各々のブリッジ素
子は、リセットコイルにより周期的且つ磁気的にフリッ
プされる磁化容易軸を有する。増幅器の出力はアナログ
スイッチを経て積分器に至るか、又は積分器を経てアナ
ログスイッチに至る。出力は低域増幅器により処理され
る。クロックはリセットコイルと、アナログスイッチ
と、サンプルホールドスイッチとに信号を供給する。
ジを有する磁化切換え形閉ループ磁力計を提供する。 【構成】 ブリッジから増幅器に至る出力信号は、帰還
コイルにより、磁気的に零にされる。各々のブリッジ素
子は、リセットコイルにより周期的且つ磁気的にフリッ
プされる磁化容易軸を有する。増幅器の出力はアナログ
スイッチを経て積分器に至るか、又は積分器を経てアナ
ログスイッチに至る。出力は低域増幅器により処理され
る。クロックはリセットコイルと、アナログスイッチ
と、サンプルホールドスイッチとに信号を供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気センサに関する。特
定すると本発明は、磁界又は磁気のじょう乱を感知する
ために利用される磁気抵抗器センサに関する。さらに特
定すると、本発明は、磁気的に閉ループで、磁化切換え
形の磁気センサに関する。
定すると本発明は、磁界又は磁気のじょう乱を感知する
ために利用される磁気抵抗器センサに関する。さらに特
定すると、本発明は、磁気的に閉ループで、磁化切換え
形の磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁界センサは磁気コンパス測定に適用さ
れてきた。また、特に、金属棒、歯車、カムなどの機械
の構成要素、自動車、地球の磁界、爆発性機雷、武器及
び鉱山内の鉱物によって発生する磁界の変化を検出する
手段でもあった。
れてきた。また、特に、金属棒、歯車、カムなどの機械
の構成要素、自動車、地球の磁界、爆発性機雷、武器及
び鉱山内の鉱物によって発生する磁界の変化を検出する
手段でもあった。
【０００３】磁気センサの１種である磁気抵抗器センサ
は、磁界が存在するときに抵抗が変化する磁気抵抗材料
から成る装置を使用する。多くの材料は幾分かの磁気抵
抗を示し、強磁性材料ではその効果は特に大きい。とこ
ろが、アルミニウムでさえ、磁気抵抗を有している。非
常に有効な磁気抵抗材料は、パーマロイとも呼ばれるニ
ッケル−鉄合金である。
は、磁界が存在するときに抵抗が変化する磁気抵抗材料
から成る装置を使用する。多くの材料は幾分かの磁気抵
抗を示し、強磁性材料ではその効果は特に大きい。とこ
ろが、アルミニウムでさえ、磁気抵抗を有している。非
常に有効な磁気抵抗材料は、パーマロイとも呼ばれるニ
ッケル−鉄合金である。
【０００４】どのような種類の強磁性材料も、磁化、又
は単位体積当たりの磁気モーメント、すなわち材料の各
々の箇所で規定されるベクトル量を有する。たとえば、
棒磁石の場合、棒の中の磁気モーメントの大部分は互い
に平行に整列しているため、棒磁石は正味体積磁化を有
する。パーマロイなどの強磁性材料から成る非常に長
く、薄い膜を使用し、その膜の長さに沿って電流を流し
ていると仮定する。膜の磁化の方向は、一般に、電流と
ある角度を成し、膜の抵抗はこの角度によって決まる。
磁化が電流と平行であるとき、膜の抵抗は最大になり、
磁化が電流に対して垂直であるときには、抵抗は最小
値、すなわち、公称値をとる。従って、パーマロイ膜を
外部磁界にさらすと、その磁界は磁化に作用して、磁化
の方向を回転させ、それにより、膜の抵抗を変化させ
る。磁界変化の測定に際して注目し且つ利用するのは、
この抵抗の変化である。
は単位体積当たりの磁気モーメント、すなわち材料の各
々の箇所で規定されるベクトル量を有する。たとえば、
棒磁石の場合、棒の中の磁気モーメントの大部分は互い
に平行に整列しているため、棒磁石は正味体積磁化を有
する。パーマロイなどの強磁性材料から成る非常に長
く、薄い膜を使用し、その膜の長さに沿って電流を流し
ていると仮定する。膜の磁化の方向は、一般に、電流と
ある角度を成し、膜の抵抗はこの角度によって決まる。
磁化が電流と平行であるとき、膜の抵抗は最大になり、
磁化が電流に対して垂直であるときには、抵抗は最小
値、すなわち、公称値をとる。従って、パーマロイ膜を
外部磁界にさらすと、その磁界は磁化に作用して、磁化
の方向を回転させ、それにより、膜の抵抗を変化させ
る。磁界変化の測定に際して注目し且つ利用するのは、
この抵抗の変化である。
【０００５】磁気抵抗器センサは０．００００１ガウス
程度の弱い磁界から１００ガウスの強い磁界まで測定す
ることができる。これらの値の重要性を例により示して
みると、センサから１０フィート離れている中型の自動
車は地球の磁界に約０．０１ガウスの摂動を発生させる
であろうし、また、磁気テープの付近の磁界は約１０ガ
ウスであり、棒磁石の先端における磁界は約１０００ガ
ウスとなっている。磁気抵抗器センサは、１ギガヘルツ
を越える周波数を有する直流電界又は変化する電界を測
定できるという点で、広い周波数範囲を有する。
程度の弱い磁界から１００ガウスの強い磁界まで測定す
ることができる。これらの値の重要性を例により示して
みると、センサから１０フィート離れている中型の自動
車は地球の磁界に約０．０１ガウスの摂動を発生させる
であろうし、また、磁気テープの付近の磁界は約１０ガ
ウスであり、棒磁石の先端における磁界は約１０００ガ
ウスとなっている。磁気抵抗器センサは、１ギガヘルツ
を越える周波数を有する直流電界又は変化する電界を測
定できるという点で、広い周波数範囲を有する。
【０００６】一般に使用されているパーマロイ磁気抵抗
器の欠点は、典型的には３０００ppm ／℃である温度感
度である。そこで、メーカーでは、各々がこの一次温度
効果を相殺するように配列された４つの磁気抵抗器を有
するホイートストンブリッジを製造していた。ところ
が、薄膜パーマロイ抵抗器などの磁気抵抗器においては
不均一な蒸着によって変動が起こるため、４つの磁気抵
抗器はブリッジ中のあらゆる不均衡を十分に相殺しうる
ほどには整合されていない。電圧又は電流によってバイ
アスを印加すると、ブリッジの出力は温度により異なる
オフセットを示す。ある温度範囲にわたって正確さを要
求する磁界感知の多くの用途に対しては、そのような出
力は許容されない。関連技術においては、ブリッジから
の出力の軸交差感度及び非直線性を減少させるために、
磁気抵抗装置を閉ループセンサとして動作させても良い
ことが示唆されている。そのような構成では、ブリッジ
出力は帰還コイルにより磁気的に零にされ、変換器の入
出力曲線上の同じ点で機能し、そこで、出力は入力電界
に対して直線的になる。さらに、マクロ磁化方向は一定
の位置に保持されているので、外部磁界に対する軸交差
感度は最小になる。磁気抵抗ブリッジに適用される閉ル
ープ構成は直線性とダイナミックレンジにすぐれている
という利点を有するが、残念ながら、この閉ループ構成
が開ループ構成における磁気抵抗ブリッジより大きく温
度感度を低減させることはない。
器の欠点は、典型的には３０００ppm ／℃である温度感
度である。そこで、メーカーでは、各々がこの一次温度
効果を相殺するように配列された４つの磁気抵抗器を有
するホイートストンブリッジを製造していた。ところ
が、薄膜パーマロイ抵抗器などの磁気抵抗器においては
不均一な蒸着によって変動が起こるため、４つの磁気抵
抗器はブリッジ中のあらゆる不均衡を十分に相殺しうる
ほどには整合されていない。電圧又は電流によってバイ
アスを印加すると、ブリッジの出力は温度により異なる
オフセットを示す。ある温度範囲にわたって正確さを要
求する磁界感知の多くの用途に対しては、そのような出
力は許容されない。関連技術においては、ブリッジから
の出力の軸交差感度及び非直線性を減少させるために、
磁気抵抗装置を閉ループセンサとして動作させても良い
ことが示唆されている。そのような構成では、ブリッジ
出力は帰還コイルにより磁気的に零にされ、変換器の入
出力曲線上の同じ点で機能し、そこで、出力は入力電界
に対して直線的になる。さらに、マクロ磁化方向は一定
の位置に保持されているので、外部磁界に対する軸交差
感度は最小になる。磁気抵抗ブリッジに適用される閉ル
ープ構成は直線性とダイナミックレンジにすぐれている
という利点を有するが、残念ながら、この閉ループ構成
が開ループ構成における磁気抵抗ブリッジより大きく温
度感度を低減させることはない。
【０００７】パーマロイ膜磁気抵抗ブリッジの磁化を、
磁界センサの磁化、すなわち、「容易軸」と平行な磁界
の方向を有するコイルを有して「設定」することができ
る。コイル中の電流の方向に従って、磁化と磁気抵抗ブ
リッジの入力軸を１８０°の角度だけ変化させることが
できる。関連技術は、磁気抵抗ブリッジの磁気をコイル
によって０°から１８０°へ、また、１８０°から０°
へと次々に切換え、次に各々の方向でブリッジの値を読
取り、続いて、それらの読みの差をとることにより、セ
ンサ出力は熱ドリフト及び大きな磁界の中でのブリッジ
の乱れの影響を受けなくなることを示唆している。示唆
されたこの方式は開ループ構成にのみ関連して実行され
ており、この場合には、ブリッジの４つの磁気抵抗器は
ブリッジ全体の不均衡を相殺するのに十分なほど整合さ
れていないので、温度によって異なる出力のオフセット
は排除されない。
磁界センサの磁化、すなわち、「容易軸」と平行な磁界
の方向を有するコイルを有して「設定」することができ
る。コイル中の電流の方向に従って、磁化と磁気抵抗ブ
リッジの入力軸を１８０°の角度だけ変化させることが
できる。関連技術は、磁気抵抗ブリッジの磁気をコイル
によって０°から１８０°へ、また、１８０°から０°
へと次々に切換え、次に各々の方向でブリッジの値を読
取り、続いて、それらの読みの差をとることにより、セ
ンサ出力は熱ドリフト及び大きな磁界の中でのブリッジ
の乱れの影響を受けなくなることを示唆している。示唆
されたこの方式は開ループ構成にのみ関連して実行され
ており、この場合には、ブリッジの４つの磁気抵抗器は
ブリッジ全体の不均衡を相殺するのに十分なほど整合さ
れていないので、温度によって異なる出力のオフセット
は排除されない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ブリッジ出
力の軸交差感度及び非直線性を大幅に減少させるか又は
排除すると共に、熱ドリフト及び大きい磁界の中におけ
るブリッジの乱れの影響を受けないようにした磁力計を
提供することを目的とする。
力の軸交差感度及び非直線性を大幅に減少させるか又は
排除すると共に、熱ドリフト及び大きい磁界の中におけ
るブリッジの乱れの影響を受けないようにした磁力計を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁気的に閉ル
ープの構成と、磁気抵抗ブリッジの切換えの双方を取入
れている。本発明は、上述の従来の技術による型の磁気
センサのいずれとも異なり、たとえば、高精度のコンパ
スへの適用に対しても、より満足しうるものである。
ープの構成と、磁気抵抗ブリッジの切換えの双方を取入
れている。本発明は、上述の従来の技術による型の磁気
センサのいずれとも異なり、たとえば、高精度のコンパ
スへの適用に対しても、より満足しうるものである。
【００１０】
【実施例】図１は、磁気抵抗器センサ１０の基本線図で
ある。磁気抵抗ブリッジ１２は、４つの磁気抵抗器から
構成されるホイートストンブリッジである。各々の抵抗
器は磁界の存在の下で変化する抵抗を有する。典型的な
磁気抵抗器は、膜の長さに沿って電流が流れてゆくパー
マロイの薄膜である。膜の磁化は一般に電流の方向とあ
る角度を成し、膜の抵抗はこの角度によって決まる。磁
気抵抗器の磁化が電流の方向と平行であるとき、抵抗は
最大になり、また、磁化が電流の方向に対して垂直であ
るときには、抵抗は最小値、すなわち、その公称値を有
する。各ブリッジ素子の磁気抵抗はそれら２つの抵抗値
の差によって決まる。従って、パーマロイ素子が外部磁
界にさらされると、磁界は抵抗器の磁化に作用を及ぼし
て、磁化を回転させ、それにより、素子の抵抗を変化さ
せる。素子、すなわち、パーマロイ膜の抵抗は磁化と、
電流とが成す角度の余弦の二乗に伴って変化する。磁気
抵抗器の絶対抵抗は、磁気抵抗器に影響を及ぼす外部磁
界の変化に関する抵抗の変化ほど重要ではない。従っ
て、総抵抗の変化と公称抵抗との比を加えられる磁界の
関数として表わすと、磁気抵抗を表わす方法としてはよ
り有用である。パーマロイ素子の場合、抵抗の最大変化
（すなわち、磁化を電流の流れと平行な方向から電流の
方向に対して垂直な方向に回転させたときの変化）は、
公称抵抗の約２パーセントである。
ある。磁気抵抗ブリッジ１２は、４つの磁気抵抗器から
構成されるホイートストンブリッジである。各々の抵抗
器は磁界の存在の下で変化する抵抗を有する。典型的な
磁気抵抗器は、膜の長さに沿って電流が流れてゆくパー
マロイの薄膜である。膜の磁化は一般に電流の方向とあ
る角度を成し、膜の抵抗はこの角度によって決まる。磁
気抵抗器の磁化が電流の方向と平行であるとき、抵抗は
最大になり、また、磁化が電流の方向に対して垂直であ
るときには、抵抗は最小値、すなわち、その公称値を有
する。各ブリッジ素子の磁気抵抗はそれら２つの抵抗値
の差によって決まる。従って、パーマロイ素子が外部磁
界にさらされると、磁界は抵抗器の磁化に作用を及ぼし
て、磁化を回転させ、それにより、素子の抵抗を変化さ
せる。素子、すなわち、パーマロイ膜の抵抗は磁化と、
電流とが成す角度の余弦の二乗に伴って変化する。磁気
抵抗器の絶対抵抗は、磁気抵抗器に影響を及ぼす外部磁
界の変化に関する抵抗の変化ほど重要ではない。従っ
て、総抵抗の変化と公称抵抗との比を加えられる磁界の
関数として表わすと、磁気抵抗を表わす方法としてはよ
り有用である。パーマロイ素子の場合、抵抗の最大変化
（すなわち、磁化を電流の流れと平行な方向から電流の
方向に対して垂直な方向に回転させたときの変化）は、
公称抵抗の約２パーセントである。
【００１１】素子１４の電気固有抵抗ρは次の公式によ
り表わされる： ρ＝ρ0 ＋Δρcos2（θ＋φ） 式中、ρ0 は等方性固有抵抗であり、Δρは固有抵抗の
最大変化であり、θ＋φは磁化と電流とが成す角度であ
る。この公式を次のように表わしても良い：ρ＝ρ0 ＋
Δρ／2 〔１＋cos2θcos2φ−sin2θsin2φ〕バイアス
されない磁気抵抗器についてθ＝０°であるならば、 ρ＝ρ0 ＋Δρ／2 〔１＋cos2φ〕 バイアスされた磁気抵抗器についてθ＝４５°であるな
らば、 ρ＝ρ0 ＋Δρ／2 〔１−sin2φ〕 φ＜１のとき、ρ≒ρ0 ＋Δρ／2 −φΔρ となる。図４ａ〜図４ｄは、素子１４における磁気抵抗
の効果とバイアスを示す。図４ａは、「容易軸」２０、
すなわち、素子１４の中の磁化１６が電流の流れ１８と
平行である場合を示す。「容易軸」２０は、磁界が印加
されないときの磁化ベクトルの方向である。図４ｂは、
磁界にさらされた素子１４を表わしており、磁界印加の
結果、磁化ベクトル１６の方向は電流ベクトル１８に対
して角度θだけ動いている。図４ｃは、「理髪店の看板
柱」のようにバイアスされた薄膜素子１４を示し、この
場合には、電流流れベクトル１８は磁化ベクトル１６に
対して４５°の角度で（すなわち、θ＝４５°）バイア
スされているが、磁界は素子１４に影響を及ぼしていな
い。図４ｄも、「理髪店の看板柱」のようにバイアスさ
れた薄膜素子１４を示すが、ここでは、磁界の影響を受
けている。磁化ベクトル１６は電流流れベクトル１８に
対してより平行となるように、角度φだけ動いている。
電流ベクトル１８と、磁化ベクトル１６との間には角度
θ、すなわち、４５°−φが残っている。
り表わされる： ρ＝ρ0 ＋Δρcos2（θ＋φ） 式中、ρ0 は等方性固有抵抗であり、Δρは固有抵抗の
最大変化であり、θ＋φは磁化と電流とが成す角度であ
る。この公式を次のように表わしても良い：ρ＝ρ0 ＋
Δρ／2 〔１＋cos2θcos2φ−sin2θsin2φ〕バイアス
されない磁気抵抗器についてθ＝０°であるならば、 ρ＝ρ0 ＋Δρ／2 〔１＋cos2φ〕 バイアスされた磁気抵抗器についてθ＝４５°であるな
らば、 ρ＝ρ0 ＋Δρ／2 〔１−sin2φ〕 φ＜１のとき、ρ≒ρ0 ＋Δρ／2 −φΔρ となる。図４ａ〜図４ｄは、素子１４における磁気抵抗
の効果とバイアスを示す。図４ａは、「容易軸」２０、
すなわち、素子１４の中の磁化１６が電流の流れ１８と
平行である場合を示す。「容易軸」２０は、磁界が印加
されないときの磁化ベクトルの方向である。図４ｂは、
磁界にさらされた素子１４を表わしており、磁界印加の
結果、磁化ベクトル１６の方向は電流ベクトル１８に対
して角度θだけ動いている。図４ｃは、「理髪店の看板
柱」のようにバイアスされた薄膜素子１４を示し、この
場合には、電流流れベクトル１８は磁化ベクトル１６に
対して４５°の角度で（すなわち、θ＝４５°）バイア
スされているが、磁界は素子１４に影響を及ぼしていな
い。図４ｄも、「理髪店の看板柱」のようにバイアスさ
れた薄膜素子１４を示すが、ここでは、磁界の影響を受
けている。磁化ベクトル１６は電流流れベクトル１８に
対してより平行となるように、角度φだけ動いている。
電流ベクトル１８と、磁化ベクトル１６との間には角度
θ、すなわち、４５°−φが残っている。
【００１２】図５は、膜の総抵抗の変化と、磁化が電流
に対して垂直であるときの抵抗として定義されている膜
の公称抵抗との比として表わされる磁気抵抗を、印加さ
れる磁界に対する磁気抵抗の依存性によって示すグラフ
である。磁気抵抗曲線は余弦二乗形であるので、注意し
あければならない問題は直線性である。抵抗の変化は、
線形動作領域２２により示すようなほぼ一定の傾きを有
する磁気抵抗曲線の部分においてのみ直線的である。こ
の直線的関係を得るために、センサ１４の出力を一定の
傾きを有する磁気抵抗の部分の中央に位置させるバイア
ス磁界をセンサ１４に印加するのである。
に対して垂直であるときの抵抗として定義されている膜
の公称抵抗との比として表わされる磁気抵抗を、印加さ
れる磁界に対する磁気抵抗の依存性によって示すグラフ
である。磁気抵抗曲線は余弦二乗形であるので、注意し
あければならない問題は直線性である。抵抗の変化は、
線形動作領域２２により示すようなほぼ一定の傾きを有
する磁気抵抗曲線の部分においてのみ直線的である。こ
の直線的関係を得るために、センサ１４の出力を一定の
傾きを有する磁気抵抗の部分の中央に位置させるバイア
ス磁界をセンサ１４に印加するのである。
【００１３】図６は、４つの磁気抵抗器１４から成るホ
イートストンブリッジ構成を示す概略的である。４本の
脚は磁気抵抗器であり、それらが、本来、同一の値を有
していれば、ブリッジの均衡は保たれ、接続点２８及び
３０の間に電位を印加したとき、接続点２４及び２６に
出力は現われない。バイアス磁界と信号磁界が平行であ
るとき、ブリッジ１２の２本の対向する脚１４の抵抗は
増加し、残る２本の脚１４の抵抗は減少する。そこで、
ブリッジ１２は接続点２４及び２６の間に、信号電界に
比例する出力電圧を発生する。ブリッジ１２を磁気抵抗
曲線の直線領域２２で動作させるために、ひし形のブリ
ッジ１２の接続点３０から接続点２８に至る一方の軸に
沿ってバイアス磁界を印加する。バイアス磁界３２は
脚、すなわち、素子１４の抵抗に影響を及ぼすが、磁界
ベクトル１６と電流ベクトル１８は４本の脚、すなわ
ち、４つの素子１４の全てにおいて同じ角度をとるの
で、素子１４の抵抗は同じ量だけ変化する。従って、ブ
リッジ１２には依然として電圧出力がない。ブリッジ１
２をブリッジ１２の接続点２６から接続点２４に至る他
方の軸に沿った方向をもつ信号磁界、すなわち、外部磁
界（感知すべき磁界）の中に置くと、その結果発生する
磁界ベクトル１６は対向する脚１４における電流ベクト
ル１８と１つの角度θを成すと共に、残る２本の脚１４
における電流ベクトル１８とは異なる角度θを成す。対
向する２本の脚１４では、抵抗は減少するが、残る２本
の脚１４においては抵抗は増加する。従って、ブリッジ
１２は信号磁界３４に比例する出力電圧を発生する。出
力電圧３６はブリッジ１２の感度にも比例する。所定の
電圧源３８に対して、ブリッジの感度は出力電圧３６
と、信号磁界３４との比である。ブリッジ１２の感度が
高くなるにつれて、信号磁界３４ではより大きな出力電
圧３６が発生される。パーマロイブリッジの典型的な感
度は約３００ppm ／ガウスである。すなわち、１０ボル
トの電源３８をもつブリッジ１２を１０ミリガウス
（０．０１ガウス）の磁界にさらすと、発生するオフセ
ット電圧は３０マイクロボルトである。ブリッジ１２の
抵抗は、大きさ、感度、範囲及び必要電力条件によっ
て、典型的には１キロオームから１００キロオームの範
囲にある。
イートストンブリッジ構成を示す概略的である。４本の
脚は磁気抵抗器であり、それらが、本来、同一の値を有
していれば、ブリッジの均衡は保たれ、接続点２８及び
３０の間に電位を印加したとき、接続点２４及び２６に
出力は現われない。バイアス磁界と信号磁界が平行であ
るとき、ブリッジ１２の２本の対向する脚１４の抵抗は
増加し、残る２本の脚１４の抵抗は減少する。そこで、
ブリッジ１２は接続点２４及び２６の間に、信号電界に
比例する出力電圧を発生する。ブリッジ１２を磁気抵抗
曲線の直線領域２２で動作させるために、ひし形のブリ
ッジ１２の接続点３０から接続点２８に至る一方の軸に
沿ってバイアス磁界を印加する。バイアス磁界３２は
脚、すなわち、素子１４の抵抗に影響を及ぼすが、磁界
ベクトル１６と電流ベクトル１８は４本の脚、すなわ
ち、４つの素子１４の全てにおいて同じ角度をとるの
で、素子１４の抵抗は同じ量だけ変化する。従って、ブ
リッジ１２には依然として電圧出力がない。ブリッジ１
２をブリッジ１２の接続点２６から接続点２４に至る他
方の軸に沿った方向をもつ信号磁界、すなわち、外部磁
界（感知すべき磁界）の中に置くと、その結果発生する
磁界ベクトル１６は対向する脚１４における電流ベクト
ル１８と１つの角度θを成すと共に、残る２本の脚１４
における電流ベクトル１８とは異なる角度θを成す。対
向する２本の脚１４では、抵抗は減少するが、残る２本
の脚１４においては抵抗は増加する。従って、ブリッジ
１２は信号磁界３４に比例する出力電圧を発生する。出
力電圧３６はブリッジ１２の感度にも比例する。所定の
電圧源３８に対して、ブリッジの感度は出力電圧３６
と、信号磁界３４との比である。ブリッジ１２の感度が
高くなるにつれて、信号磁界３４ではより大きな出力電
圧３６が発生される。パーマロイブリッジの典型的な感
度は約３００ppm ／ガウスである。すなわち、１０ボル
トの電源３８をもつブリッジ１２を１０ミリガウス
（０．０１ガウス）の磁界にさらすと、発生するオフセ
ット電圧は３０マイクロボルトである。ブリッジ１２の
抵抗は、大きさ、感度、範囲及び必要電力条件によっ
て、典型的には１キロオームから１００キロオームの範
囲にある。
【００１４】磁気抵抗器の最も重要な２つの特徴は、そ
の感度と、その直線性の範囲である。感度の高い抵抗器
は、抵抗器１４に磁界が印加されたときに磁化ベクトル
１６が大きい角度で回転するような抵抗器である。印加
される磁界の強さがわずかに増加しても、素子１４の抵
抗は相対的に大きく変化する。ところが、この特徴は磁
界が容易に飽和してしまうということも意味している。
すなわち、磁化ベクトル１６は磁界とほぼ同じ方向に向
いていると考えられ、磁界の強さがさらに一層増して
も、それ以上の効果は現われなくなる。従って、膜の感
度が高ければ、その範囲は限定される。
の感度と、その直線性の範囲である。感度の高い抵抗器
は、抵抗器１４に磁界が印加されたときに磁化ベクトル
１６が大きい角度で回転するような抵抗器である。印加
される磁界の強さがわずかに増加しても、素子１４の抵
抗は相対的に大きく変化する。ところが、この特徴は磁
界が容易に飽和してしまうということも意味している。
すなわち、磁化ベクトル１６は磁界とほぼ同じ方向に向
いていると考えられ、磁界の強さがさらに一層増して
も、それ以上の効果は現われなくなる。従って、膜の感
度が高ければ、その範囲は限定される。
【００１５】磁化ベクトル１８がとる方向は、異方性、
反磁場及び外部磁界に起因する力の競合の結果である。
異方性とは、ある特性が材料の試料に関して複数の異な
る方向に沿って異なる値を有することを意味する。ここ
では、異方性は、磁化ベクトル１６が磁気抵抗器１４の
中で１つの好ましい方向を有することを意味している。
磁性薄膜は、磁気抵抗器１４の製造時に、磁界が存在す
る中で蒸着され、容易軸２０と呼ばれる磁化ベクトル１
６の好ましい方向は磁界によって確定される。容易軸２
０と平行な方向は、磁気ベクトル１６に対して最低エネ
ルギーの構成である。磁気ベクトル１６を容易軸２０か
ら離れるように９０度回転させるために必要とされる磁
界を異方性磁界という。磁化ベクトル１６から１８０度
外れた方向を有する非常に強い磁界であれば、磁界ベク
トル１６を磁界の同じ方向に「フリップ」することがで
きる。この強い磁界を取除いたとき、磁気ベクトル１６
はその逆の方向を保持するが、依然として容易軸２０と
平行である。
反磁場及び外部磁界に起因する力の競合の結果である。
異方性とは、ある特性が材料の試料に関して複数の異な
る方向に沿って異なる値を有することを意味する。ここ
では、異方性は、磁化ベクトル１６が磁気抵抗器１４の
中で１つの好ましい方向を有することを意味している。
磁性薄膜は、磁気抵抗器１４の製造時に、磁界が存在す
る中で蒸着され、容易軸２０と呼ばれる磁化ベクトル１
６の好ましい方向は磁界によって確定される。容易軸２
０と平行な方向は、磁気ベクトル１６に対して最低エネ
ルギーの構成である。磁気ベクトル１６を容易軸２０か
ら離れるように９０度回転させるために必要とされる磁
界を異方性磁界という。磁化ベクトル１６から１８０度
外れた方向を有する非常に強い磁界であれば、磁界ベク
トル１６を磁界の同じ方向に「フリップ」することがで
きる。この強い磁界を取除いたとき、磁気ベクトル１６
はその逆の方向を保持するが、依然として容易軸２０と
平行である。
【００１６】印加される磁界を基準化した量で表わして
も良い。すなわち、その表現は印加される磁界と、磁界
スケールと呼ばれる量との比を含む。磁界スケールは膜
の異なる複数のパラメータの関数である。簡略化した状
況として、容易軸２０が磁気抵抗膜１４の長さに沿って
いる、すなわち、それと平行である場合を考えると、磁
界スケールは次の式により表わされる。 ＨS ＝ＨK ＋∝（Ｔ／Ｗ）ＭS 式中、ＨS は磁界スケールであり、ＨK は異方性磁界で
あり、∝は約１０の値を有する定数であり、Ｔは抵抗器
１４の膜の厚さ、Ｗはその幅であり、ＭS は抵抗器１４
の飽和磁化である。ＭS は所定の体積の中の全ての磁気
モーメントが整列されるような磁化の値であり、これは
大きな外部磁界を印加することにより得られる条件であ
る。
も良い。すなわち、その表現は印加される磁界と、磁界
スケールと呼ばれる量との比を含む。磁界スケールは膜
の異なる複数のパラメータの関数である。簡略化した状
況として、容易軸２０が磁気抵抗膜１４の長さに沿って
いる、すなわち、それと平行である場合を考えると、磁
界スケールは次の式により表わされる。 ＨS ＝ＨK ＋∝（Ｔ／Ｗ）ＭS 式中、ＨS は磁界スケールであり、ＨK は異方性磁界で
あり、∝は約１０の値を有する定数であり、Ｔは抵抗器
１４の膜の厚さ、Ｗはその幅であり、ＭS は抵抗器１４
の飽和磁化である。ＭS は所定の体積の中の全ての磁気
モーメントが整列されるような磁化の値であり、これは
大きな外部磁界を印加することにより得られる条件であ
る。
【００１７】磁気抵抗に関わる式は外部磁界を基準化変
数として含んでいるので、抵抗器１４の感度と直線性の
範囲は磁界スケールによって決まる。感度は磁界スケー
ルに反比例し、直線性の範囲は磁界スケールに正比例す
る。磁界スケールが小さい場合、磁気抵抗素子１４は高
い感度を示すが、その直線性の範囲は限定される。磁界
スケールが大きい場合には、素子１４の感度は比較的低
くなるが、直線性の範囲は広くなる。従って、感度と直
線性の範囲との積は磁界スケールとは無関係の定数であ
る。利得と帯域幅の積が一定である電子増幅器の構成に
ついても、類似する関係が成り立っている。
数として含んでいるので、抵抗器１４の感度と直線性の
範囲は磁界スケールによって決まる。感度は磁界スケー
ルに反比例し、直線性の範囲は磁界スケールに正比例す
る。磁界スケールが小さい場合、磁気抵抗素子１４は高
い感度を示すが、その直線性の範囲は限定される。磁界
スケールが大きい場合には、素子１４の感度は比較的低
くなるが、直線性の範囲は広くなる。従って、感度と直
線性の範囲との積は磁界スケールとは無関係の定数であ
る。利得と帯域幅の積が一定である電子増幅器の構成に
ついても、類似する関係が成り立っている。
【００１８】感度の良い磁気抵抗器１４を要望するなら
ば、磁界スケールをできる限り小さくする。磁界スケー
ルを小さくするには、異方性磁界又は飽和磁化を小さく
すれば良い。磁界スケールと、飽和磁化は共に磁気抵抗
器１４の材料によって決まる。たとえば、パーマロイの
場合、異方性磁界は約３エルステッドであり、飽和磁化
は約８００emu ／ccである。それらの特性は材料により
確定される。材料を変更せずに容易に変更できる磁界ス
ケール中の唯一の項は、磁気抵抗器１４の膜の厚さと幅
の比である。すなわち、感度をより向上させるために
は、抵抗器１４の膜を薄くするか又は幅広くするか、も
しくは薄く且つ幅広くすれば良い。また、容易軸２０を
電流ベクトル１８の方向から離れるように回転させるこ
とにより、磁気抵抗器の感度をより高めることができ
る。
ば、磁界スケールをできる限り小さくする。磁界スケー
ルを小さくするには、異方性磁界又は飽和磁化を小さく
すれば良い。磁界スケールと、飽和磁化は共に磁気抵抗
器１４の材料によって決まる。たとえば、パーマロイの
場合、異方性磁界は約３エルステッドであり、飽和磁化
は約８００emu ／ccである。それらの特性は材料により
確定される。材料を変更せずに容易に変更できる磁界ス
ケール中の唯一の項は、磁気抵抗器１４の膜の厚さと幅
の比である。すなわち、感度をより向上させるために
は、抵抗器１４の膜を薄くするか又は幅広くするか、も
しくは薄く且つ幅広くすれば良い。また、容易軸２０を
電流ベクトル１８の方向から離れるように回転させるこ
とにより、磁気抵抗器の感度をより高めることができ
る。
【００１９】バイアス電界は、磁界スケールによって決
まるもう１つのパラメータである。このバイアス電界
は、磁化ベクトルを磁気抵抗曲線４０の直線部分へ移行
させるために、電流ベクトル１８と磁気ベクトル１６と
が成す角度を変化させる。バイアス電界の強さは、直線
性範囲と同様に、磁界スケールに比例する。言いかえれ
ば、磁気抵抗器１４の感度が高い場合には、その直線性
範囲は比較的短く、要求されるバイアス電界は比較的小
さいのであるが、バイアス電界は非常に正確に設定され
なければならない。磁気抵抗器１４の感度が低くなれ
ば、バイアス電界の変動の許容差はより大きくなる。
まるもう１つのパラメータである。このバイアス電界
は、磁化ベクトルを磁気抵抗曲線４０の直線部分へ移行
させるために、電流ベクトル１８と磁気ベクトル１６と
が成す角度を変化させる。バイアス電界の強さは、直線
性範囲と同様に、磁界スケールに比例する。言いかえれ
ば、磁気抵抗器１４の感度が高い場合には、その直線性
範囲は比較的短く、要求されるバイアス電界は比較的小
さいのであるが、バイアス電界は非常に正確に設定され
なければならない。磁気抵抗器１４の感度が低くなれ
ば、バイアス電界の変動の許容差はより大きくなる。
【００２０】抵抗器１４の膜をバイアスする方法はいく
つかある。１つの方法は、磁気抵抗膜の周囲にソレノイ
ドを巻付けるというものであり、その場合、ソレノイド
の電流はソレノイドの軸に沿ってかなり一様な磁界を発
生させる。この方式の欠点は、バイアス磁界を維持する
ために電力が必要であるということである。別の方法で
は、磁気抵抗膜層の上面に薄膜永久磁石を蒸着させる。
コバルト又はコバルトの合金のような薄膜永久磁石を磁
気抵抗膜上に蒸着した後、大きな磁界を印加することに
より、永久磁石を磁化することができる。このバイアス
方式は電力の維持を必要としないが、この方法により得
られるバイアス磁石は温度変化の影響を受けやすい。
つかある。１つの方法は、磁気抵抗膜の周囲にソレノイ
ドを巻付けるというものであり、その場合、ソレノイド
の電流はソレノイドの軸に沿ってかなり一様な磁界を発
生させる。この方式の欠点は、バイアス磁界を維持する
ために電力が必要であるということである。別の方法で
は、磁気抵抗膜層の上面に薄膜永久磁石を蒸着させる。
コバルト又はコバルトの合金のような薄膜永久磁石を磁
気抵抗膜上に蒸着した後、大きな磁界を印加することに
より、永久磁石を磁化することができる。このバイアス
方式は電力の維持を必要としないが、この方法により得
られるバイアス磁石は温度変化の影響を受けやすい。
【００２１】磁化ベクトル１６を電流ベクトル１８から
離れるように回転させるのではなく、図４ｃ及び図４ｄ
に示すように、電流ベクトル１８を磁化ベクトル１６か
ら離れるように回転させることにより、磁気抵抗膜１４
をバイアスしても良い。金などの導電性の高い材料から
成る傾斜条片１５を蒸着することにより、このバイアス
を実行できる。電流は、導電性条片１５の間で磁気抵抗
膜１４を通る最短の経路（電流ベクトル１８の方向）を
とる。磁化ベクトル１８と電流ベクトル１６とが成す角
度θを適切に調整すれば、膜１４は磁気抵抗曲線４０の
直線部分で動作する。導電性条片のパターンから「理髪
店の看板柱」形バイアスと呼ばれるこのバイアス方法
は、膜１４の動作を磁気抵抗曲線４０の直線領域へ移行
させるのには有効であるが、感知のために利用される磁
気抵抗膜１４の面積が狭くなるという欠点もある。典型
的な磁気抵抗素子１４は、ニッケルと鉄の合金であるパ
ーマロイから形成されている。そのような材料は相対的
に高い磁気抵抗係数を有し且つその磁気ひずみの係数は
零であり、且つシリコン集積回路を製造するために使用
される製造技法とも矛盾しないので好ましい。そこで、
ブリッジ１２は、シリコン基板上にスパッタ蒸着した４
つのパーマロイ抵抗器を有する集積回路であっても良
い。製造時にブリッジ１２の均衡をとれるようにレーザ
ートリミングに対応するため、いくつかの抵抗器１４を
設けても良い。各々の抵抗器１４は、磁気ベクトル１６
を印加される磁界の変化によって起こる抵抗の変化が直
線的であり且つ相対的に大きい領域へ移行させるために
磁気ベクトル１６の方向が回転されるという点で、バイ
アスされる。このバイアスは、抵抗器１４の上にコバル
トの薄膜をスパッタし且つそのコバルトを磁化すること
により実行される。そのような磁気抵抗器１４は相対的
に放射に対し堅固である。パーマロイ（ＮｉＦｅ）は好
ましい材料であるが、他の材料を利用しても良く、それ
らの材料は２パーセント飽和より大きい抵抗係数を示す
であろう。さらに、抵抗係数を増加させる材料形状も考
えられるであろう。たとえば、２５パーセントに近い磁
気抵抗係数を示すように、磁性薄膜の多層スタックを設
計し、製造しても良いのであるが、そのような構成は安
定性が低く且つ磁気抵抗効果の読取りの繰返し性も劣る
という結果をもたらすであろう。
離れるように回転させるのではなく、図４ｃ及び図４ｄ
に示すように、電流ベクトル１８を磁化ベクトル１６か
ら離れるように回転させることにより、磁気抵抗膜１４
をバイアスしても良い。金などの導電性の高い材料から
成る傾斜条片１５を蒸着することにより、このバイアス
を実行できる。電流は、導電性条片１５の間で磁気抵抗
膜１４を通る最短の経路（電流ベクトル１８の方向）を
とる。磁化ベクトル１８と電流ベクトル１６とが成す角
度θを適切に調整すれば、膜１４は磁気抵抗曲線４０の
直線部分で動作する。導電性条片のパターンから「理髪
店の看板柱」形バイアスと呼ばれるこのバイアス方法
は、膜１４の動作を磁気抵抗曲線４０の直線領域へ移行
させるのには有効であるが、感知のために利用される磁
気抵抗膜１４の面積が狭くなるという欠点もある。典型
的な磁気抵抗素子１４は、ニッケルと鉄の合金であるパ
ーマロイから形成されている。そのような材料は相対的
に高い磁気抵抗係数を有し且つその磁気ひずみの係数は
零であり、且つシリコン集積回路を製造するために使用
される製造技法とも矛盾しないので好ましい。そこで、
ブリッジ１２は、シリコン基板上にスパッタ蒸着した４
つのパーマロイ抵抗器を有する集積回路であっても良
い。製造時にブリッジ１２の均衡をとれるようにレーザ
ートリミングに対応するため、いくつかの抵抗器１４を
設けても良い。各々の抵抗器１４は、磁気ベクトル１６
を印加される磁界の変化によって起こる抵抗の変化が直
線的であり且つ相対的に大きい領域へ移行させるために
磁気ベクトル１６の方向が回転されるという点で、バイ
アスされる。このバイアスは、抵抗器１４の上にコバル
トの薄膜をスパッタし且つそのコバルトを磁化すること
により実行される。そのような磁気抵抗器１４は相対的
に放射に対し堅固である。パーマロイ（ＮｉＦｅ）は好
ましい材料であるが、他の材料を利用しても良く、それ
らの材料は２パーセント飽和より大きい抵抗係数を示す
であろう。さらに、抵抗係数を増加させる材料形状も考
えられるであろう。たとえば、２５パーセントに近い磁
気抵抗係数を示すように、磁性薄膜の多層スタックを設
計し、製造しても良いのであるが、そのような構成は安
定性が低く且つ磁気抵抗効果の読取りの繰返し性も劣る
という結果をもたらすであろう。
【００２２】図１及び図８〜１０は、磁気抵抗器センサ
の構成１０を示す。磁気抵抗ブリッジ１２は、ホイート
ストンブリッジとして接続された（一次温度効果を相殺
するため）４つのパーマロイ磁気抵抗素子１４を有し、
ブリッジ１２の相対向する接続点にはプラスとマイナス
の電圧源が接続している。その他の２つの対向するブリ
ッジ接続点は差動増幅器５２の入力端子に接続してい
る。理髪店の看板柱の形にバイアスされるパーマロイ素
子１４は、数百オームから１０万オームまでの間のどの
値であっても良い。各々の電圧源は５１１オームの抵抗
器を介してブリッジ１２に接続している。増幅器５２は
Ｌｉｎｅａｒ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＬＴ１１０１モ
デルである。
の構成１０を示す。磁気抵抗ブリッジ１２は、ホイート
ストンブリッジとして接続された（一次温度効果を相殺
するため）４つのパーマロイ磁気抵抗素子１４を有し、
ブリッジ１２の相対向する接続点にはプラスとマイナス
の電圧源が接続している。その他の２つの対向するブリ
ッジ接続点は差動増幅器５２の入力端子に接続してい
る。理髪店の看板柱の形にバイアスされるパーマロイ素
子１４は、数百オームから１０万オームまでの間のどの
値であっても良い。各々の電圧源は５１１オームの抵抗
器を介してブリッジ１２に接続している。増幅器５２は
Ｌｉｎｅａｒ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙのＬＴ１１０１モ
デルである。
【００２３】増幅器５２の出力はアナログスイッチ５４
に供給される。アナログスイッチ５４はＳｉｌｉｃｏｎ
ｉｘ ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄのＤＧ３０８Ａモデル
である。アナログスイッチ５４の出力端子は演算増幅器
積分器８０の差分入力端子に接続している。積分器８０
の帰還コンデンサ８２は０．１マイクロファラドであ
る。積分器８０からの出力端子７８は帰還コイル６２
と、抵抗器５８と、サンプルホールド装置６４とに接続
している。抵抗器５８は７１５オームである。抵抗器５
８は、積分器５６からの出力電流を帰還コイル６２を介
して変換して、装置６４に信号を供給するための電流／
電圧変換器である精密抵抗器である。演算増幅器８０及
び６６はモデルＯＰ−９７又はＯＰ−２２であれば良
い。
に供給される。アナログスイッチ５４はＳｉｌｉｃｏｎ
ｉｘ ＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄのＤＧ３０８Ａモデル
である。アナログスイッチ５４の出力端子は演算増幅器
積分器８０の差分入力端子に接続している。積分器８０
の帰還コンデンサ８２は０．１マイクロファラドであ
る。積分器８０からの出力端子７８は帰還コイル６２
と、抵抗器５８と、サンプルホールド装置６４とに接続
している。抵抗器５８は７１５オームである。抵抗器５
８は、積分器５６からの出力電流を帰還コイル６２を介
して変換して、装置６４に信号を供給するための電流／
電圧変換器である精密抵抗器である。演算増幅器８０及
び６６はモデルＯＰ−９７又はＯＰ−２２であれば良
い。
【００２４】サンプルホールド装置６４は、交互に差動
増幅器６６へ信号を出力するサンプルホールド増幅器８
３及び８４を有する。サンプルホールド増幅器８３及び
８４は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬＦ３９８ＡＮモデルで
ある。サンプルホールド増幅器８３及び８４は、それぞ
れ、０．０１マイクロファラドのポリプロピレンコンデ
ンサである。サンプルホールド装置６４は、その代わり
に、マイクロプロセッサにより制御されるアナログ／デ
ジタル変換器などの他の何らかのサンプリング装置であ
っても良い。この場合、サンプリングはクロック７０に
より同期される。
増幅器６６へ信号を出力するサンプルホールド増幅器８
３及び８４を有する。サンプルホールド増幅器８３及び
８４は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬＦ３９８ＡＮモデルで
ある。サンプルホールド増幅器８３及び８４は、それぞ
れ、０．０１マイクロファラドのポリプロピレンコンデ
ンサである。サンプルホールド装置６４は、その代わり
に、マイクロプロセッサにより制御されるアナログ／デ
ジタル変換器などの他の何らかのサンプリング装置であ
っても良い。この場合、サンプリングはクロック７０に
より同期される。
【００２５】演算増幅器６６はＯＰ−９７モデルであ
る。増幅器６６はＯＰ−２２モデルであっても良い。増
幅器６６は、出力端子９０を有する低域フィルタとして
動作する。出力端子９０の出力は、ブリッジ１２に影響
を及ぼす磁界を線形表示する。帰還コイル６２はブリッ
ジ１２に影響を及ぼす外部磁界に磁気的に対抗反動し
て、増幅器５２への入力を零にする。帰還コイル６２
は、ブリッジ１２の最も高感度の軸に沿って、ブリッジ
１２に磁気的に結合している。リセットコイル６８はブ
リッジ１２に磁気的に結合している。リセットコイル６
８の軸は帰還コイル６２の軸とほぼ直交している。リセ
ットコイル６８は、リセット磁界８１によって、素子１
４の容易軸２０の方向を周期的に１８０度切換える。ク
ロック７０からの信号７６はリセットコイル６８に入力
して、素子１４の容易軸２０の切換え、すなわち、フリ
ップに影響を及ぼす。図７は、システム１０，５０及び
６０における他の信号に対する信号７６のタイミングと
形状を示す。
る。増幅器６６はＯＰ−２２モデルであっても良い。増
幅器６６は、出力端子９０を有する低域フィルタとして
動作する。出力端子９０の出力は、ブリッジ１２に影響
を及ぼす磁界を線形表示する。帰還コイル６２はブリッ
ジ１２に影響を及ぼす外部磁界に磁気的に対抗反動し
て、増幅器５２への入力を零にする。帰還コイル６２
は、ブリッジ１２の最も高感度の軸に沿って、ブリッジ
１２に磁気的に結合している。リセットコイル６８はブ
リッジ１２に磁気的に結合している。リセットコイル６
８の軸は帰還コイル６２の軸とほぼ直交している。リセ
ットコイル６８は、リセット磁界８１によって、素子１
４の容易軸２０の方向を周期的に１８０度切換える。ク
ロック７０からの信号７６はリセットコイル６８に入力
して、素子１４の容易軸２０の切換え、すなわち、フリ
ップに影響を及ぼす。図７は、システム１０，５０及び
６０における他の信号に対する信号７６のタイミングと
形状を示す。
【００２６】クロック７０は、磁化切換え形閉ループ磁
力計１０の用途に従って設定できる、１キロヘルツから
数キロヘルツまで変動する周波数を有する。スロック７
０の中のカウンタは、ＲＣＡのＣＤ４０２０Ｂモデルで
ある。
力計１０の用途に従って設定できる、１キロヘルツから
数キロヘルツまで変動する周波数を有する。スロック７
０の中のカウンタは、ＲＣＡのＣＤ４０２０Ｂモデルで
ある。
【００２７】クロック７０はスイッチ５４へ信号７１及
び７２を出力する。スイッチ５４は接続点シータ１と、
接続点シータ２と交互に切換え、それにより、積分器５
６に対する差分入力の極性が切換わる。出力７８は帰還
コイル６２に与えられる。この出力７８はリセットコイ
ル６８による素子１４の容易軸の切換えと同期してい
る。信号７８は帰還コイル６２と、分圧抵抗器５８とを
介して装置６４に至る。サンプルホールド回路８３及び
８４は、図７のタイミング図に合わせて、入力信号７３
及び７４にそれぞれに従って信号７８を交互にサンプリ
ングする。信号７３及び７４はクロック７０により信号
７６，７１及び７２と同期される。
び７２を出力する。スイッチ５４は接続点シータ１と、
接続点シータ２と交互に切換え、それにより、積分器５
６に対する差分入力の極性が切換わる。出力７８は帰還
コイル６２に与えられる。この出力７８はリセットコイ
ル６８による素子１４の容易軸の切換えと同期してい
る。信号７８は帰還コイル６２と、分圧抵抗器５８とを
介して装置６４に至る。サンプルホールド回路８３及び
８４は、図７のタイミング図に合わせて、入力信号７３
及び７４にそれぞれに従って信号７８を交互にサンプリ
ングする。信号７３及び７４はクロック７０により信号
７６，７１及び７２と同期される。
【００２８】回路８３及び８４によって信号７８からサ
ンプリングされた信号は、増幅器６６により差分を取ら
れる。回路８３からの一方の信号はＶH ＋ＶT の電圧に
ある。回路８４からの信号は−ＶH ＋ＶT の電圧にあ
る。それらの信号の差分を取った結果、端子９０では２
ＶH の出力電圧が得られる。ブリッジと、閉ループとに
おける温度誘導電圧オフセットの差分をとる。すなわ
ち、一方の信号のＶT を他方の信号のＶT から減算する
のである。
ンプリングされた信号は、増幅器６６により差分を取ら
れる。回路８３からの一方の信号はＶH ＋ＶT の電圧に
ある。回路８４からの信号は−ＶH ＋ＶT の電圧にあ
る。それらの信号の差分を取った結果、端子９０では２
ＶH の出力電圧が得られる。ブリッジと、閉ループとに
おける温度誘導電圧オフセットの差分をとる。すなわ
ち、一方の信号のＶT を他方の信号のＶT から減算する
のである。
【００２９】図２及び図１１〜１３は、磁化切換え形閉
ループ磁力計の別の構成５０の図である。磁力計５０は
サンプルホールド装置６４をもたないという点を除い
て、磁力計１０に類似している。積分器５６の出力は増
幅器６６に至る。増幅器６６の入力端子に対する信号７
８は、交番するプラス／マイナスのＶT が重畳された直
流（ＤＣ）電圧レベル２ＶH である。増幅器６６は重畳
された交番するＶT 信号を除去して、端子９０に２ＶH
の幾分かなめらかな出力を発生する。構成５０の出力９
０は構成１０又は６０の出力９０ほど全くきれいではな
い。その他の点では、構成５０は構成１０と同じように
機能する。
ループ磁力計の別の構成５０の図である。磁力計５０は
サンプルホールド装置６４をもたないという点を除い
て、磁力計１０に類似している。積分器５６の出力は増
幅器６６に至る。増幅器６６の入力端子に対する信号７
８は、交番するプラス／マイナスのＶT が重畳された直
流（ＤＣ）電圧レベル２ＶH である。増幅器６６は重畳
された交番するＶT 信号を除去して、端子９０に２ＶH
の幾分かなめらかな出力を発生する。構成５０の出力９
０は構成１０又は６０の出力９０ほど全くきれいではな
い。その他の点では、構成５０は構成１０と同じように
機能する。
【００３０】図３及び図１４〜１６の構成６０は、構成
６０においては積分器５６と装置６４との間にアナログ
スイッチ５４が接続しているが、構成１０の場合には、
アナログスイッチ５４は増幅器５２と積分器５６との間
に接続しているという点を除いて、図１及び図８〜１０
の構成１０と同様である。その他の点では、構成６０の
機能は構成１０の機能と類似している。構成要素のモデ
ルの番号は構成１０，５０及び６０を通して同一であ
る。また、構成５０は構成１０及び６０のようなサンプ
ルホールド装置６４をもたないため、構成５０には、装
置６４に関わる信号を供給する部分と、クロック７０中
のいくつかの部分とは設けられていない。
６０においては積分器５６と装置６４との間にアナログ
スイッチ５４が接続しているが、構成１０の場合には、
アナログスイッチ５４は増幅器５２と積分器５６との間
に接続しているという点を除いて、図１及び図８〜１０
の構成１０と同様である。その他の点では、構成６０の
機能は構成１０の機能と類似している。構成要素のモデ
ルの番号は構成１０，５０及び６０を通して同一であ
る。また、構成５０は構成１０及び６０のようなサンプ
ルホールド装置６４をもたないため、構成５０には、装
置６４に関わる信号を供給する部分と、クロック７０中
のいくつかの部分とは設けられていない。
【図１】積分器の前に帰還スイッチを有すると共に、サ
ンプルホールド装置を有する磁力計の基本概略図。
ンプルホールド装置を有する磁力計の基本概略図。
【図２】積分器の前に帰還スイッチを有するが、サンプ
ルホールド装置をもたない磁力計の基本概略図。
ルホールド装置をもたない磁力計の基本概略図。
【図３】積分器の前に帰還スイッチを有すると共に、サ
ンプルホールド装置を有する磁力計の基本概略図。
ンプルホールド装置を有する磁力計の基本概略図。
【図４】センサの素子における磁気抵抗効果及びバイア
スを表わす図。
スを表わす図。
【図５】正規化抵抗と、印加される磁界との関係を示す
図。
図。
【図６】磁気抵抗器から成るホイートストンブリッジの
図。
図。
【図７】磁力計の様々な信号のタイミング図。
【図８】積分器の前に帰還スイッチを有すると共に、サ
ンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
ンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
【図９】積分器の前に帰還スイッチを有すると共に、サ
ンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
ンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
【図１０】積分器の前に帰還スイッチを有すると共に、
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
【図１１】積分器の前に帰還スイッチを有するが、サン
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
【図１２】積分器の前に帰還スイッチを有するが、サン
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
【図１３】積分器の前に帰還スイッチを有するが、サン
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
プルホールド装置をもたない磁力計の詳細図。
【図１４】積分器の後に帰還スイッチを有すると共に、
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
【図１５】積分器の後に帰還スイッチを有すると共に、
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
【図１６】積分器の後に帰還スイッチを有すると共に、
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
サンプルホールド装置を有する磁力計の詳細図。
１０，５０，６０ 磁力計 １２ 磁気抵抗ブリッジ １４ 磁気抵抗器 ５２ 差動増幅器 ５４ アナログスイッチ ５６ 積分器 ５８ 抵抗器 ６２ 帰還コイル ６４ サンプルホールド装置 ６６ 演算増幅器 ６８ リセットコイル ７０ クロック ８３，８４ サンプルホールド増幅器
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の磁気抵抗器を有するブリッジと；
前記ブリッジに接続する第１の増幅器と；前記第１の増
幅器に接続するアナログスイッチと；前記アナログスイ
ッチに接続する積分器と；前記ブリッジに磁気的に接続
すると共に、前記積分器に電気的に接続する帰還コイル
と；前記積分器に接続するサンプリング装置と；前記サ
ンプリング装置に接続する第２の増幅器と；前記ブリッ
ジに磁気的に接続するリセットコイルと；前記リセット
コイルと、前記アナログスイッチと、前記サンプリング
装置とに接続するクロックとを具備する磁化切換え形閉
ループ磁力計（１０）。 - 【請求項２】 複数の磁気抵抗器を有するブリッジと；
前記ブリッジに接続する第１の増幅器と；前記第１の増
幅器に接続するアナログスイッチと；前記アナログスイ
ッチに接続する積分器と；前記ブリッジに磁気的に接続
すると共に、前記積分器に電気的に接続する帰還コイル
と；前記積分器に接続する第２の増幅器と；前記ブリッ
ジに磁気的に接続するリセットコイルと；前記リセット
コイルと、前記アナログスイッチとに接続するクロック
とを具備する磁化切換え形閉ループ磁力計（５０）。 - 【請求項３】 複数の磁気抵抗器を有するブリッジと；
前記ブリッジに接続する第１の増幅器と；前記第１の増
幅器に接続する積分器と；前記積分器に接続するアナロ
グスイッチと；前記ブリッジに磁気的に接続すると共
に、前記アナログスイッチに電気的に接続する帰還コイ
ルと；前記アナログスイッチに接続するサンプリング装
置と；前記サンプリング装置に接続する第２の増幅器
と；前記ブリッジに磁気的に接続するリセットコイル
と；前記リセットコイルと、前記アナログスイッチと、
前記サンプリング装置とに接続するクロックとを具備す
る磁化切換え形閉ループ磁力計（６０）。
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