磁気検出装置
【課題】出力パルス信号のデューティー比を５０％に近づけるための磁気感応素子への電流制御が不要な磁気検出装置を提供する。
【解決手段】磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは差動増幅回路１４０で増幅される。差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampはローパスフィルタ１８４に入力され、ローパスフィルタ１８４の出力電圧がバッファ１８６を介して比較回路１６０に基準電圧Ｖrefとして入力される。比較回路１６０は、差動増幅回路１４０から出力される増幅信号Ｖampと、基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefとを比較して、パルス信号Ｖplsを出力する。
【解決手段】磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは差動増幅回路１４０で増幅される。差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampはローパスフィルタ１８４に入力され、ローパスフィルタ１８４の出力電圧がバッファ１８６を介して比較回路１６０に基準電圧Ｖrefとして入力される。比較回路１６０は、差動増幅回路１４０から出力される増幅信号Ｖampと、基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefとを比較して、パルス信号Ｖplsを出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界変化を検出する技術に関し、例えば、工業用工作機械や自動車エンジン等に用いられる軟磁性体歯車の回転情報を検出するのに用いて好適な磁気検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の移動に伴い変化する磁界中に４つの磁気抵抗素子からなるブリッジを配置し、このブリッジの出力信号を比較器に入力することにより、被測定物の移動量や回転数に比例した周波数のパルス信号を出力する磁気検出装置が従来から知られている。このような磁気検出装置は、パルス信号のパルス数をデジタル回路でカウントすることにより、被測定物の回転速度検出や位置検出に応用できる。
【０００３】
ブリッジを形成する４つの磁気抵抗素子は、ブリッジの出力信号が無磁界の状態で０となるように作られる。しかし製造上の誤差のため磁気抵抗素子の抵抗値がばらつくことは避けられない。したがってブリッジの出力信号は無磁界の状態でも０とならず、これによりオフセット電圧が生じる。そうすると、デューティー比５０％のパルス信号を磁気検出装置から得るように設計しても、実際のパルス信号のデューティー比は５０％とはならない。
【０００４】
パルス信号のパルス数をデジタル回路でカウントする場合、デューティー比が５０％と比較して大きすぎたり小さすぎたりすると適切にサンプリングできないこともあり、カウント精度が悪くなりやすい。このため、磁気検出装置の出力デューティー比は５０パーセントあるいはそれに近いことが望ましい。
【０００５】
下記、特許文献１は磁気センサに関し、センサ出力のデューティー比を５０％に近づけることを課題とするものである。
【特許文献１】特開平９−５４１３号公報
【０００６】
特許文献１の磁気センサは、ブリッジ回路をなす４つの磁気抵抗素子のいずれかと並列に接続されたＦＥＴを有し、このＦＥＴのソース−ドレイン間インピーダンスをセンサ出力のデューティー比に応じて調節することにより磁気抵抗素子への電流を制御して磁気抵抗素子の抵抗ばらつきを吸収する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によれば５０％に近いデューティー比のパルス信号は得られると考えられるが、別の観点から課題がある。すなわち、特許文献１の技術は磁気抵抗素子への供給電流を変化させるため、これにより生じる磁気抵抗素子への熱負荷によって磁気抵抗素子の熱的劣化を引き起こす蓋然性が高い傾向にある。このような課題は磁気抵抗素子以外の磁気感応素子（例えばホール素子）を磁気検出に利用する場合にも共通である。
【０００８】
本発明はこうした考察を経てなされたものであり、その目的は、出力パルス信号のデューティー比を５０％に近づけるための磁気感応素子への電流制御が不要な磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号の平均電圧を生成し、この平均電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様も磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の態様も磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
軟磁性移動体と、
バイアス磁界発生手段と、
前記バイアス磁界発生手段に対して固定配置され、前記軟磁性移動体の移動に伴い周期的に変化する磁界が印加される磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１２】
第２又は第３の態様において、
前記ローパスフィルタは、前記増幅回路の出力端子と固定電圧端子との間に直列接続された抵抗とコンデンサとを有し、
前記抵抗と前記コンデンサとの接続点の電圧がバッファを介して前記比較回路に基準電圧として入力されるとよい。
【００１３】
前記磁気感応素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子であるとよい。
【００１４】
前記磁気感応素子は、フルブリッジ接続されるとよい。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増幅回路の出力信号の平均電圧を比較回路の基準電圧とすることにより、あるいは増幅回路の出力信号をローパスフィルタに通して比較回路の基準電圧とすることにより、磁気感応素子のオフセット電圧が出力パルス信号のデューティー比に及ぼす影響を低減することができる。したがって、磁気検出装置の出力パルス信号のデューティー比を５０％に近づけるための磁気感応素子への電流制御を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気検出装置１００の回路図である。図２は、図１の回路図の各点における波形図である。磁気検出装置１００は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４で構成される磁気抵抗素子ブリッジ１２０（４個の磁気抵抗素子のフルブリッジ＝ホイートストンブリッジ）により磁界変化を電圧信号に変換し、最終的にパルス信号を出力するものである。本実施の形態ではこの磁気検出装置１００を回転センサに利用する場合について説明する。
【００１９】
図３は、図１に示される磁気検出装置１００を用いた回転センサの概略構成図である。なお、本図においては図１に示される回路構成のうち第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４以外の図示は省略している。
【００２０】
図３において、軟磁性移動体の例示である軟磁性体歯車１は外周面に凹凸を有する（例えば一定配列ピッチＰで凸部２を有する）ものであり、図示しない回転軸に取り付けられる。磁気感応素子の例示である第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４は軟磁性体歯車１の外周面に対向するように軟磁性体歯車１の厚み方向に１列に固定配置され、これらの背後にバイアス磁界発生手段としてのバイアス磁石５が固定配置される。したがって、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はバイアス磁石５によって磁気バイアスされ、軟磁性体歯車１の回転に伴って第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４への印加磁界が変化する。
【００２１】
バイアス磁石５は例えば軟磁性体歯車１の外周面に対向する面にＮ極、反対面にＳ極を有する永久磁石であり、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はバイアス磁石５のＮ極面と軟磁性体歯車１との間に位置する。直線的に配列された第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４に均等な磁界を印加できるように、バイアス磁石５の横幅は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の配置幅Ｗ１より大きいことが望ましい。同様の理由から軟磁性体歯車１の厚みＷ２もＷ１以上であることが望ましく、また、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面は軟磁性体歯車１の外周面に接する平面に平行な同一平面内にあることが望ましい。
【００２２】
本実施の形態において第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はそれぞれ、軟磁性体歯車１の回転に伴い変化する磁界に対応して抵抗値が変化するスピンバルブ型磁気抵抗素子（以下「ＳＶ−ＧＭＲ素子」とも表記）である。図４は、ＳＶ−ＧＭＲ素子の原理的構成と磁気特性の説明図である。ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面は感磁パターンとなる磁気抵抗効果膜を有する。磁気抵抗効果膜は、強磁性体のピン層と、非磁性体の層と、強磁性体のフリー層とを積層したものである。ピン層の磁化方向は外部磁界によらず固定される一方、フリー層の磁化方向は外部磁界によって変化する。ＳＶ−ＧＭＲ素子の磁気特性は、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが順平行で抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）はマイナス、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが反平行で抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）はプラスである。つまり、ＳＶ−ＧＭＲ素子は、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが順平行のとき低抵抗、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが反平行のとき高抵抗となる。
【００２３】
図３のように、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３のピン層磁化方向は軟磁性体歯車１の回転方向の略逆方向であり、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４のピン層磁化方向は軟磁性体歯車１の回転方向の略順方向である。
【００２４】
軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面に接近してきた時、各ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は凸部２が接近してくる方向（軟磁性体歯車１の回転方向の略逆方向）を向く。この時、上述の磁気特性より第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３は低抵抗、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４は高抵抗となる。
【００２５】
他方、軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面から遠ざかる時、ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は凸部２が遠ざかる方向（軟磁性体歯車１の回転方向の略順方向）を向く。この時、上述の磁気特性より第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３は高抵抗、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４は低抵抗となる。
【００２６】
軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面に接近し遠ざかることが軟磁性体歯車１の回転に伴い繰り返されるため、ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は周期的に変化する。したがって、図１に示されるように第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４をフルブリッジ接続することより、軟磁性体歯車１の回転に伴って変化する検出信号Ｖdetを得ることが可能になる。検出信号Ｖdetは軟磁性体歯車１が配列ピッチＰだけ回転するのを一周期として変化することから、検出信号Ｖdetに基づいて軟磁性体歯車１の回転検出が可能である。
【００２７】
以下、図１を参照して磁気検出装置１００の回路構成を説明する。磁気検出装置１００は、磁気抵抗素子ブリッジ１２０と、差動増幅回路１４０と、比較回路１６０と、基準電圧生成回路１８０と、中間電圧生成回路２２０と、出力回路２４０とを備える。本実施の形態ではこれらの回路は単電源Ｖcc（例として５Ｖ）で動作する。
【００２８】
中間電圧生成回路２２０は、主として磁気検出装置１００を単電源で動作させるためのもので、電源電圧Ｖccの１／２程度の中間電圧を生成する。具体的には、中間電圧生成回路２２０は、電源ラインと接地との間に直列接続された抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点の電圧をバッファ２２６を介して出力する。抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値が等しくなるよう設定した場合、中間電圧生成回路２２０からは電源電圧Ｖccの１／２の電圧（２．５Ｖ）が中間電圧として出力される。バッファ２２６は特に限定されないが、ここではオペアンプ２２８の反転入力端子と出力端子を直結し、非反転入力端子の電圧（抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点の電圧）を出力端子から出力するボルテージフォロワを用いている。なお、中間電圧生成回路２２０の出力端子は固定電圧端子の例示である。
【００２９】
磁気抵抗素子ブリッジ１２０は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４によるフルブリッジ（ホイートストンブリッジ）であり、図３で説明したように磁界の変化する位置に配置される。第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の対は電源ラインと接地との間に直列接続される。第４磁気抵抗素子ＭＲ４及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３の対も電源ラインと接地との間に直列接続される。磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の接続点と、第３磁気抵抗素子ＭＲ３及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４の接続点との電位差として得られる。磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは差動増幅回路１４０で増幅される。
【００３０】
差動増幅回路１４０は、抵抗Ｒ３ないしＲ６と、オペアンプ１４２とを含む。抵抗Ｒ３及びＲ４は、第３磁気抵抗素子ＭＲ３及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４の接続点と、オペアンプ１４２の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ３及びＲ４の接続点はオペアンプ１４２の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の接続点と、中間電圧生成回路２２０の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６の接続点はオペアンプ１４２の非反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ３ないしＲ６の抵抗値はＲ３＝Ｒ５かつＲ４＝Ｒ６である。したがって、差動増幅回路１４０の増幅度はＲ４／Ｒ３であり、差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampは、
Ｖamp＝−（Ｒ４／Ｒ３）Ｖdet＋２．５［Ｖ］
である。なお、増幅度は１近傍に設定されてもよい。
【００３１】
差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampは、例えば図２（Ａ）に示されるような正弦波（若しくはこれに近い交流波形）である。第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の抵抗値にばらつきがなければ、増幅信号Ｖampは２．５Ｖを中心電圧として変動する正弦波となるところである。しかし、実際には図示のように各磁気抵抗素子の抵抗値のばらつきによるオフセット電圧の影響により増幅信号Ｖampは３．５Ｖを中心電圧として変動する正弦波となっている場合がある。
【００３２】
基準電圧生成回路１８０は、ローパスフィルタ１８４（図中「ＬＰＦ」と略記）と、バッファ１８６とを含む。差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampはローパスフィルタ１８４に入力され、ローパスフィルタ１８４の出力電圧がバッファ１８６を介して比較回路１６０に基準電圧Ｖrefとして入力される。ローパスフィルタ１８４は、差動増幅回路１４０の出力端子と中間電圧生成回路２２０の出力端子（固定電圧端子）との間に直列接続された抵抗Ｒ８及びコンデンサＣの接続点の電圧を出力するＲＣフィルタである。バッファ１８６は特に限定されないが、ここではオペアンプの反転入力端子と出力端子を直結し、非反転入力端子の電圧（抵抗Ｒ８及びコンデンサＣの接続点の電圧）を出力端子から出力するボルテージフォロワを用いている。
【００３３】
基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefは、例えば図２（Ｂ）に示されるように一定電圧（増幅信号Ｖampの平均電圧すなわち３．５Ｖ）であり、この電圧は比較回路１６０に入力される。なお、基準電圧Ｖrefは厳密な一定電圧である必要はなく、３．５Ｖを中心電圧として増幅信号Ｖampの振幅よりも十分小さい振幅であれば変動してもよい。このように変動する電圧も「平均電圧」に含まれる。
【００３４】
比較回路１６０は、差動増幅回路１４０から出力される増幅信号Ｖampと、基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefとを比較して、パルス信号Ｖplsを出力する。比較回路１６０は、抵抗Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０及びオペアンプ１６８を含む。抵抗Ｒ７は、差動増幅回路１４０の出力端子とオペアンプ１６８の反転入力端子との間に設けられる。抵抗Ｒ９及びＲ１０は、基準電圧生成回路１８０の出力端子とオペアンプ１６８の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ９及びＲ１０の接続点はオペアンプ１６８の非反転入力端子に接続される。比較回路１６０から出力されるパルス信号Ｖplsの波形を図２（Ｃ）に示す。
【００３５】
比較回路１６０から出力されるパルス信号Ｖplsは出力回路２４０に入力され、出力回路２４０から磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutとして出力される。なお、出力信号Ｖoutはパルス信号Ｖplsと極性が反転する。出力回路２４０は、抵抗Ｒ１１及びＲ１２と、バイポーラトランジスタＱとを含む。抵抗Ｒ１１は、比較回路１６０の出力端子とバイポーラトランジスタＱのベースとの間に設けられる。抵抗Ｒ１２は、電源ラインとバイポーラトランジスタＱのコレクタとの間に設けられる。バイポーラトランジスタＱのエミッタは接地される。バイポーラトランジスタＱのコレクタ電圧が出力回路２４０の出力すなわち磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutとなる。
【００３６】
磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutは、例えば図２（Ｄ）に示されるようにデューティー比が５０％に近いパルス信号となる。これは、増幅信号ＶampをＬＰＦ１８４に通して平均化し、それを比較回路１６０の基準電圧としたことによる。仮にこれをせずに中間電圧（２．５Ｖ）を比較回路１６０の基準電圧とした場合、磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比は５０％から大きくずれかねない。
【００３７】
本実施の形態によれば次の通りの効果を得ることができる。
【００３８】
(1) 差動増幅回路１４０の増幅信号ＶampをＬＰＦ１８４に通して平均化し、それを比較回路１６０の基準電圧とするため、磁気抵抗素子の抵抗ばらつきによるオフセット電圧が磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比に及ぼす影響が低減される。したがって、磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比を５０％に近づけることができる。デューティー比５０％は後処理回路で最も読み取りやすいので好都合である。すなわち、例えば磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのパルス数を正確にカウントしやすくなり、軟磁性体歯車１の回転数や回転位置を検出するときの精度が高められる。
【００３９】
(2) 磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比を５０％に近づけるという目的のために第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４への供給電流を制御する必要がない。したがって、熱負荷による磁気抵抗素子の熱的劣化を抑えることができる。
【００４０】
(3) また、特許文献１のように磁気抵抗素子と並列にＦＥＴを接続する必要がないため、磁気抵抗素子から引き出す端子数を増やさなくて済み、引き出しパターンの製膜不良や断線等による不具合発生リスクが低い。
【００４１】
(4) 磁気抵抗素子としてスピンバルブ型磁気抵抗素子を用いているため、高感度の磁気検出が可能である。
【００４２】
(5) ４つの磁気抵抗素子でフルブリッジを形成しているため、高感度の磁気検出が可能となる。また、磁気抵抗素子の温度特性による影響が低減される。
【００４３】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、請求項の記載の範囲内において各種の変形が可能なことは当業者に理解されるところである。以下、そうした変形例に触れる。
【００４４】
実施の形態では磁気感応素子がスピンバルブ型磁気抵抗素子である場合を示した。変形例においてはスピンバルブ型磁気抵抗素子とは別の磁気抵抗素子、あるいはホール素子を磁気感応素子として用いることも考えられる。
【００４５】
実施の形態では磁気抵抗素子をフルブリッジ接続したが、磁気抵抗素子の接続形態はこれに限定されず、ハーフブリッジ接続であってもよい。磁気検出感度や温度特性の面ではフルブリッジ接続の方が優れているものの、ハーフブリッジ接続の場合は磁気抵抗素子が２つでよいため部品点数の削減が可能となる。さらに、磁気抵抗素子と固定抵抗とでハーフブリッジを形成することも可能である。この場合、磁気抵抗素子２つでハーフブリッジを形成する場合よりも磁気検出感度は落ちるもののコスト低減が可能となる。このことはフルブリッジ接続についても同様で、４つの磁気抵抗素子でフルブリッジを形成するのに替えて２つの磁気抵抗素子と２つの固定抵抗とでフルブリッジを形成してもよい。
【００４６】
実施の形態では増幅信号Ｖampの平均電圧（つまり基準電圧Ｖref）を生成する手段として抵抗とコンデンサを用いたローパスフィルタを例示したが、これに限定されず、異なる構成のローパスフィルタを用いてもよい。さらにローパスフィルタに替えて、結果として平均電圧を得られる他の回路構成を用いることも考えられる。
【００４７】
実施の形態では磁気検出装置が単電源駆動である場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば±５Ｖの両電源駆動であってもよい。両電源駆動であれば中間電圧生成回路２２０は不要となり、これは接地に置き換えることができる。
【００４８】
実施の形態の接地は安定電位の例示であり、０Ｖ以外の固定電圧端子に置き換えてもよい。
【００４９】
実施の形態では磁気検出装置を回転センサに利用したが、磁気検出装置の用途はこれに限定されず、磁界変化の検出に広く利用可能である。
【００５０】
実施の形態では軟磁性体歯車を軟磁性移動体の例として示したが、これに限定されず、例えば凹凸を直線状に配列した軟磁性体ラックを軟磁性移動体としてもよい。
【００５１】
実施の形態では磁界発生手段を永久磁石としたが、動作原理上、電磁石を用いることも可能である。
【００５２】
実施の形態では軟磁性移動体を回転検出の対象としたが、これに限定されず、Ｎ極とＳ極を周期的に着磁した永久磁石を回転検出の対象としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の回路図である。
【図２】図１の回路図における各点の波形図である。
【図３】図１に示される磁気検出装置を用いた回転センサの概略構成図である。
【図４】ＳＶ−ＧＭＲ素子の原理的構成と磁気特性の説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 軟磁性体歯車
５ バイアス磁石
１２０ 磁気抵抗素子ブリッジ
１４０ 差動増幅回路
１６０ 比較回路
１８０ 基準電圧生成回路
２２０ 中間電圧生成回路
２４０ 出力回路
Ｃ コンデンサ
ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気抵抗素子
Ｒ１〜Ｒ１２ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界変化を検出する技術に関し、例えば、工業用工作機械や自動車エンジン等に用いられる軟磁性体歯車の回転情報を検出するのに用いて好適な磁気検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の移動に伴い変化する磁界中に４つの磁気抵抗素子からなるブリッジを配置し、このブリッジの出力信号を比較器に入力することにより、被測定物の移動量や回転数に比例した周波数のパルス信号を出力する磁気検出装置が従来から知られている。このような磁気検出装置は、パルス信号のパルス数をデジタル回路でカウントすることにより、被測定物の回転速度検出や位置検出に応用できる。
【０００３】
ブリッジを形成する４つの磁気抵抗素子は、ブリッジの出力信号が無磁界の状態で０となるように作られる。しかし製造上の誤差のため磁気抵抗素子の抵抗値がばらつくことは避けられない。したがってブリッジの出力信号は無磁界の状態でも０とならず、これによりオフセット電圧が生じる。そうすると、デューティー比５０％のパルス信号を磁気検出装置から得るように設計しても、実際のパルス信号のデューティー比は５０％とはならない。
【０００４】
パルス信号のパルス数をデジタル回路でカウントする場合、デューティー比が５０％と比較して大きすぎたり小さすぎたりすると適切にサンプリングできないこともあり、カウント精度が悪くなりやすい。このため、磁気検出装置の出力デューティー比は５０パーセントあるいはそれに近いことが望ましい。
【０００５】
下記、特許文献１は磁気センサに関し、センサ出力のデューティー比を５０％に近づけることを課題とするものである。
【特許文献１】特開平９−５４１３号公報
【０００６】
特許文献１の磁気センサは、ブリッジ回路をなす４つの磁気抵抗素子のいずれかと並列に接続されたＦＥＴを有し、このＦＥＴのソース−ドレイン間インピーダンスをセンサ出力のデューティー比に応じて調節することにより磁気抵抗素子への電流を制御して磁気抵抗素子の抵抗ばらつきを吸収する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術によれば５０％に近いデューティー比のパルス信号は得られると考えられるが、別の観点から課題がある。すなわち、特許文献１の技術は磁気抵抗素子への供給電流を変化させるため、これにより生じる磁気抵抗素子への熱負荷によって磁気抵抗素子の熱的劣化を引き起こす蓋然性が高い傾向にある。このような課題は磁気抵抗素子以外の磁気感応素子（例えばホール素子）を磁気検出に利用する場合にも共通である。
【０００８】
本発明はこうした考察を経てなされたものであり、その目的は、出力パルス信号のデューティー比を５０％に近づけるための磁気感応素子への電流制御が不要な磁気検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号の平均電圧を生成し、この平均電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様も磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の態様も磁気検出装置である。この磁気検出装置は、
軟磁性移動体と、
バイアス磁界発生手段と、
前記バイアス磁界発生手段に対して固定配置され、前記軟磁性移動体の移動に伴い周期的に変化する磁界が印加される磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする。
【００１２】
第２又は第３の態様において、
前記ローパスフィルタは、前記増幅回路の出力端子と固定電圧端子との間に直列接続された抵抗とコンデンサとを有し、
前記抵抗と前記コンデンサとの接続点の電圧がバッファを介して前記比較回路に基準電圧として入力されるとよい。
【００１３】
前記磁気感応素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子であるとよい。
【００１４】
前記磁気感応素子は、フルブリッジ接続されるとよい。
【００１５】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増幅回路の出力信号の平均電圧を比較回路の基準電圧とすることにより、あるいは増幅回路の出力信号をローパスフィルタに通して比較回路の基準電圧とすることにより、磁気感応素子のオフセット電圧が出力パルス信号のデューティー比に及ぼす影響を低減することができる。したがって、磁気検出装置の出力パルス信号のデューティー比を５０％に近づけるための磁気感応素子への電流制御を不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁気検出装置１００の回路図である。図２は、図１の回路図の各点における波形図である。磁気検出装置１００は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４で構成される磁気抵抗素子ブリッジ１２０（４個の磁気抵抗素子のフルブリッジ＝ホイートストンブリッジ）により磁界変化を電圧信号に変換し、最終的にパルス信号を出力するものである。本実施の形態ではこの磁気検出装置１００を回転センサに利用する場合について説明する。
【００１９】
図３は、図１に示される磁気検出装置１００を用いた回転センサの概略構成図である。なお、本図においては図１に示される回路構成のうち第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４以外の図示は省略している。
【００２０】
図３において、軟磁性移動体の例示である軟磁性体歯車１は外周面に凹凸を有する（例えば一定配列ピッチＰで凸部２を有する）ものであり、図示しない回転軸に取り付けられる。磁気感応素子の例示である第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４は軟磁性体歯車１の外周面に対向するように軟磁性体歯車１の厚み方向に１列に固定配置され、これらの背後にバイアス磁界発生手段としてのバイアス磁石５が固定配置される。したがって、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はバイアス磁石５によって磁気バイアスされ、軟磁性体歯車１の回転に伴って第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４への印加磁界が変化する。
【００２１】
バイアス磁石５は例えば軟磁性体歯車１の外周面に対向する面にＮ極、反対面にＳ極を有する永久磁石であり、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はバイアス磁石５のＮ極面と軟磁性体歯車１との間に位置する。直線的に配列された第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４に均等な磁界を印加できるように、バイアス磁石５の横幅は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の配置幅Ｗ１より大きいことが望ましい。同様の理由から軟磁性体歯車１の厚みＷ２もＷ１以上であることが望ましく、また、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面は軟磁性体歯車１の外周面に接する平面に平行な同一平面内にあることが望ましい。
【００２２】
本実施の形態において第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４はそれぞれ、軟磁性体歯車１の回転に伴い変化する磁界に対応して抵抗値が変化するスピンバルブ型磁気抵抗素子（以下「ＳＶ−ＧＭＲ素子」とも表記）である。図４は、ＳＶ−ＧＭＲ素子の原理的構成と磁気特性の説明図である。ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面は感磁パターンとなる磁気抵抗効果膜を有する。磁気抵抗効果膜は、強磁性体のピン層と、非磁性体の層と、強磁性体のフリー層とを積層したものである。ピン層の磁化方向は外部磁界によらず固定される一方、フリー層の磁化方向は外部磁界によって変化する。ＳＶ−ＧＭＲ素子の磁気特性は、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが順平行で抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）はマイナス、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが反平行で抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）はプラスである。つまり、ＳＶ−ＧＭＲ素子は、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが順平行のとき低抵抗、外部磁界の方向とピン層磁化方向とが反平行のとき高抵抗となる。
【００２３】
図３のように、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３のピン層磁化方向は軟磁性体歯車１の回転方向の略逆方向であり、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４のピン層磁化方向は軟磁性体歯車１の回転方向の略順方向である。
【００２４】
軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面に接近してきた時、各ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は凸部２が接近してくる方向（軟磁性体歯車１の回転方向の略逆方向）を向く。この時、上述の磁気特性より第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３は低抵抗、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４は高抵抗となる。
【００２５】
他方、軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面から遠ざかる時、ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は凸部２が遠ざかる方向（軟磁性体歯車１の回転方向の略順方向）を向く。この時、上述の磁気特性より第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３は高抵抗、第２磁気抵抗素子ＭＲ２及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４は低抵抗となる。
【００２６】
軟磁性体歯車１の凸部２が第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の感磁面に接近し遠ざかることが軟磁性体歯車１の回転に伴い繰り返されるため、ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面位置における磁界の歯車回転接線方向成分は周期的に変化する。したがって、図１に示されるように第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４をフルブリッジ接続することより、軟磁性体歯車１の回転に伴って変化する検出信号Ｖdetを得ることが可能になる。検出信号Ｖdetは軟磁性体歯車１が配列ピッチＰだけ回転するのを一周期として変化することから、検出信号Ｖdetに基づいて軟磁性体歯車１の回転検出が可能である。
【００２７】
以下、図１を参照して磁気検出装置１００の回路構成を説明する。磁気検出装置１００は、磁気抵抗素子ブリッジ１２０と、差動増幅回路１４０と、比較回路１６０と、基準電圧生成回路１８０と、中間電圧生成回路２２０と、出力回路２４０とを備える。本実施の形態ではこれらの回路は単電源Ｖcc（例として５Ｖ）で動作する。
【００２８】
中間電圧生成回路２２０は、主として磁気検出装置１００を単電源で動作させるためのもので、電源電圧Ｖccの１／２程度の中間電圧を生成する。具体的には、中間電圧生成回路２２０は、電源ラインと接地との間に直列接続された抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点の電圧をバッファ２２６を介して出力する。抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値が等しくなるよう設定した場合、中間電圧生成回路２２０からは電源電圧Ｖccの１／２の電圧（２．５Ｖ）が中間電圧として出力される。バッファ２２６は特に限定されないが、ここではオペアンプ２２８の反転入力端子と出力端子を直結し、非反転入力端子の電圧（抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点の電圧）を出力端子から出力するボルテージフォロワを用いている。なお、中間電圧生成回路２２０の出力端子は固定電圧端子の例示である。
【００２９】
磁気抵抗素子ブリッジ１２０は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４によるフルブリッジ（ホイートストンブリッジ）であり、図３で説明したように磁界の変化する位置に配置される。第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の対は電源ラインと接地との間に直列接続される。第４磁気抵抗素子ＭＲ４及び第３磁気抵抗素子ＭＲ３の対も電源ラインと接地との間に直列接続される。磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の接続点と、第３磁気抵抗素子ＭＲ３及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４の接続点との電位差として得られる。磁気抵抗素子ブリッジ１２０の検出信号Ｖdetは差動増幅回路１４０で増幅される。
【００３０】
差動増幅回路１４０は、抵抗Ｒ３ないしＲ６と、オペアンプ１４２とを含む。抵抗Ｒ３及びＲ４は、第３磁気抵抗素子ＭＲ３及び第４磁気抵抗素子ＭＲ４の接続点と、オペアンプ１４２の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ３及びＲ４の接続点はオペアンプ１４２の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６は、第１磁気抵抗素子ＭＲ１及び第２磁気抵抗素子ＭＲ２の接続点と、中間電圧生成回路２２０の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６の接続点はオペアンプ１４２の非反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ３ないしＲ６の抵抗値はＲ３＝Ｒ５かつＲ４＝Ｒ６である。したがって、差動増幅回路１４０の増幅度はＲ４／Ｒ３であり、差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampは、
Ｖamp＝−（Ｒ４／Ｒ３）Ｖdet＋２．５［Ｖ］
である。なお、増幅度は１近傍に設定されてもよい。
【００３１】
差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampは、例えば図２（Ａ）に示されるような正弦波（若しくはこれに近い交流波形）である。第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４の抵抗値にばらつきがなければ、増幅信号Ｖampは２．５Ｖを中心電圧として変動する正弦波となるところである。しかし、実際には図示のように各磁気抵抗素子の抵抗値のばらつきによるオフセット電圧の影響により増幅信号Ｖampは３．５Ｖを中心電圧として変動する正弦波となっている場合がある。
【００３２】
基準電圧生成回路１８０は、ローパスフィルタ１８４（図中「ＬＰＦ」と略記）と、バッファ１８６とを含む。差動増幅回路１４０の増幅信号Ｖampはローパスフィルタ１８４に入力され、ローパスフィルタ１８４の出力電圧がバッファ１８６を介して比較回路１６０に基準電圧Ｖrefとして入力される。ローパスフィルタ１８４は、差動増幅回路１４０の出力端子と中間電圧生成回路２２０の出力端子（固定電圧端子）との間に直列接続された抵抗Ｒ８及びコンデンサＣの接続点の電圧を出力するＲＣフィルタである。バッファ１８６は特に限定されないが、ここではオペアンプの反転入力端子と出力端子を直結し、非反転入力端子の電圧（抵抗Ｒ８及びコンデンサＣの接続点の電圧）を出力端子から出力するボルテージフォロワを用いている。
【００３３】
基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefは、例えば図２（Ｂ）に示されるように一定電圧（増幅信号Ｖampの平均電圧すなわち３．５Ｖ）であり、この電圧は比較回路１６０に入力される。なお、基準電圧Ｖrefは厳密な一定電圧である必要はなく、３．５Ｖを中心電圧として増幅信号Ｖampの振幅よりも十分小さい振幅であれば変動してもよい。このように変動する電圧も「平均電圧」に含まれる。
【００３４】
比較回路１６０は、差動増幅回路１４０から出力される増幅信号Ｖampと、基準電圧生成回路１８０から出力される基準電圧Ｖrefとを比較して、パルス信号Ｖplsを出力する。比較回路１６０は、抵抗Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１０及びオペアンプ１６８を含む。抵抗Ｒ７は、差動増幅回路１４０の出力端子とオペアンプ１６８の反転入力端子との間に設けられる。抵抗Ｒ９及びＲ１０は、基準電圧生成回路１８０の出力端子とオペアンプ１６８の出力端子との間に直列接続される。抵抗Ｒ９及びＲ１０の接続点はオペアンプ１６８の非反転入力端子に接続される。比較回路１６０から出力されるパルス信号Ｖplsの波形を図２（Ｃ）に示す。
【００３５】
比較回路１６０から出力されるパルス信号Ｖplsは出力回路２４０に入力され、出力回路２４０から磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutとして出力される。なお、出力信号Ｖoutはパルス信号Ｖplsと極性が反転する。出力回路２４０は、抵抗Ｒ１１及びＲ１２と、バイポーラトランジスタＱとを含む。抵抗Ｒ１１は、比較回路１６０の出力端子とバイポーラトランジスタＱのベースとの間に設けられる。抵抗Ｒ１２は、電源ラインとバイポーラトランジスタＱのコレクタとの間に設けられる。バイポーラトランジスタＱのエミッタは接地される。バイポーラトランジスタＱのコレクタ電圧が出力回路２４０の出力すなわち磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutとなる。
【００３６】
磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutは、例えば図２（Ｄ）に示されるようにデューティー比が５０％に近いパルス信号となる。これは、増幅信号ＶampをＬＰＦ１８４に通して平均化し、それを比較回路１６０の基準電圧としたことによる。仮にこれをせずに中間電圧（２．５Ｖ）を比較回路１６０の基準電圧とした場合、磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比は５０％から大きくずれかねない。
【００３７】
本実施の形態によれば次の通りの効果を得ることができる。
【００３８】
(1) 差動増幅回路１４０の増幅信号ＶampをＬＰＦ１８４に通して平均化し、それを比較回路１６０の基準電圧とするため、磁気抵抗素子の抵抗ばらつきによるオフセット電圧が磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比に及ぼす影響が低減される。したがって、磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比を５０％に近づけることができる。デューティー比５０％は後処理回路で最も読み取りやすいので好都合である。すなわち、例えば磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのパルス数を正確にカウントしやすくなり、軟磁性体歯車１の回転数や回転位置を検出するときの精度が高められる。
【００３９】
(2) 磁気検出装置１００の出力信号Ｖoutのデューティー比を５０％に近づけるという目的のために第１磁気抵抗素子ＭＲ１ないし第４磁気抵抗素子ＭＲ４への供給電流を制御する必要がない。したがって、熱負荷による磁気抵抗素子の熱的劣化を抑えることができる。
【００４０】
(3) また、特許文献１のように磁気抵抗素子と並列にＦＥＴを接続する必要がないため、磁気抵抗素子から引き出す端子数を増やさなくて済み、引き出しパターンの製膜不良や断線等による不具合発生リスクが低い。
【００４１】
(4) 磁気抵抗素子としてスピンバルブ型磁気抵抗素子を用いているため、高感度の磁気検出が可能である。
【００４２】
(5) ４つの磁気抵抗素子でフルブリッジを形成しているため、高感度の磁気検出が可能となる。また、磁気抵抗素子の温度特性による影響が低減される。
【００４３】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されず、請求項の記載の範囲内において各種の変形が可能なことは当業者に理解されるところである。以下、そうした変形例に触れる。
【００４４】
実施の形態では磁気感応素子がスピンバルブ型磁気抵抗素子である場合を示した。変形例においてはスピンバルブ型磁気抵抗素子とは別の磁気抵抗素子、あるいはホール素子を磁気感応素子として用いることも考えられる。
【００４５】
実施の形態では磁気抵抗素子をフルブリッジ接続したが、磁気抵抗素子の接続形態はこれに限定されず、ハーフブリッジ接続であってもよい。磁気検出感度や温度特性の面ではフルブリッジ接続の方が優れているものの、ハーフブリッジ接続の場合は磁気抵抗素子が２つでよいため部品点数の削減が可能となる。さらに、磁気抵抗素子と固定抵抗とでハーフブリッジを形成することも可能である。この場合、磁気抵抗素子２つでハーフブリッジを形成する場合よりも磁気検出感度は落ちるもののコスト低減が可能となる。このことはフルブリッジ接続についても同様で、４つの磁気抵抗素子でフルブリッジを形成するのに替えて２つの磁気抵抗素子と２つの固定抵抗とでフルブリッジを形成してもよい。
【００４６】
実施の形態では増幅信号Ｖampの平均電圧（つまり基準電圧Ｖref）を生成する手段として抵抗とコンデンサを用いたローパスフィルタを例示したが、これに限定されず、異なる構成のローパスフィルタを用いてもよい。さらにローパスフィルタに替えて、結果として平均電圧を得られる他の回路構成を用いることも考えられる。
【００４７】
実施の形態では磁気検出装置が単電源駆動である場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば±５Ｖの両電源駆動であってもよい。両電源駆動であれば中間電圧生成回路２２０は不要となり、これは接地に置き換えることができる。
【００４８】
実施の形態の接地は安定電位の例示であり、０Ｖ以外の固定電圧端子に置き換えてもよい。
【００４９】
実施の形態では磁気検出装置を回転センサに利用したが、磁気検出装置の用途はこれに限定されず、磁界変化の検出に広く利用可能である。
【００５０】
実施の形態では軟磁性体歯車を軟磁性移動体の例として示したが、これに限定されず、例えば凹凸を直線状に配列した軟磁性体ラックを軟磁性移動体としてもよい。
【００５１】
実施の形態では磁界発生手段を永久磁石としたが、動作原理上、電磁石を用いることも可能である。
【００５２】
実施の形態では軟磁性移動体を回転検出の対象としたが、これに限定されず、Ｎ極とＳ極を周期的に着磁した永久磁石を回転検出の対象としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気検出装置の回路図である。
【図２】図１の回路図における各点の波形図である。
【図３】図１に示される磁気検出装置を用いた回転センサの概略構成図である。
【図４】ＳＶ−ＧＭＲ素子の原理的構成と磁気特性の説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 軟磁性体歯車
５ バイアス磁石
１２０ 磁気抵抗素子ブリッジ
１４０ 差動増幅回路
１６０ 比較回路
１８０ 基準電圧生成回路
２２０ 中間電圧生成回路
２４０ 出力回路
Ｃ コンデンサ
ＭＲ１〜ＭＲ４ 磁気抵抗素子
Ｒ１〜Ｒ１２ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号の平均電圧を生成し、この平均電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】
軟磁性移動体と、
バイアス磁界発生手段と、
前記バイアス磁界発生手段に対して固定配置され、前記軟磁性移動体の移動に伴い周期的に変化する磁界が印加される磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の磁気検出装置において、
前記ローパスフィルタは、前記増幅回路の出力端子と固定電圧端子との間に直列接続された抵抗とコンデンサとを有し、
前記抵抗と前記コンデンサとの接続点の電圧がバッファを介して前記比較回路に前記基準電圧として入力されることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出装置において、前記磁気感応素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の磁気検出装置において、前記磁気感応素子は、フルブリッジ接続されることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項１】
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号の平均電圧を生成し、この平均電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
磁界の変化する位置に配置された磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】
軟磁性移動体と、
バイアス磁界発生手段と、
前記バイアス磁界発生手段に対して固定配置され、前記軟磁性移動体の移動に伴い周期的に変化する磁界が印加される磁気感応素子と、
前記磁気感応素子の出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力信号と基準電圧とを比較してパルス信号を出力する比較回路と、
前記比較回路に入力する前記基準電圧を生成する基準電圧生成回路とを備え、
前記基準電圧生成回路は、前記増幅回路の出力信号をローパスフィルタに入力し、このローパスフィルタからの出力電圧を前記比較回路に前記基準電圧として入力することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の磁気検出装置において、
前記ローパスフィルタは、前記増幅回路の出力端子と固定電圧端子との間に直列接続された抵抗とコンデンサとを有し、
前記抵抗と前記コンデンサとの接続点の電圧がバッファを介して前記比較回路に前記基準電圧として入力されることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の磁気検出装置において、前記磁気感応素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子であることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の磁気検出装置において、前記磁気感応素子は、フルブリッジ接続されることを特徴とする磁気検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４９４５２（Ｐ２００８−２４９４５２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０３７８（Ｐ２００７−９０３７８）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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