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WO2013171977A1 - ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ - Google Patents

ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ Download PDF

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WO2013171977A1
WO2013171977A1 PCT/JP2013/002703 JP2013002703W WO2013171977A1 WO 2013171977 A1 WO2013171977 A1 WO 2013171977A1 JP 2013002703 W JP2013002703 W JP 2013002703W WO 2013171977 A1 WO2013171977 A1 WO 2013171977A1
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bridge circuit
magnetic field
parallel
magnetic sensor
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篤 板垣
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • 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
    • G01R33/096—Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a bridge circuit and a magnetic sensor having the same, and more particularly to a bridge circuit formed of four MR elements and a magnetic sensor having the same.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of such a magnetic sensor. That is, the potential difference between the bridge circuit formed by the four MR elements R1 to R4, the connection point between the MR element R1 and the MR element R2, and the connection point between the MR element R3 and the MR element R4 is input. And a feedback resistor for feeding back the output of the comparator to one input.
  • Such circuit elements are formed on the same chip to constitute a magnetic sensor.
  • FIG. 6 is a plan view showing patterns of MR elements R1 to R4 of such a bridge circuit. That is, the series connection body of MR element R1 and MR element R2 and the series connection body of MR element R3 and MR element R4 are connected in parallel between power supply voltage Vcc and ground GND.
  • the MR element R1 and the MR element R4 of the bridge circuit are connected in series so that a plurality of portions along a direction orthogonal to the magnetic field detection direction are arranged in parallel at predetermined intervals and are sequentially folded, and electrically connected in series. It is formed in a folded shape.
  • the MR element R2 and the MR element R3 of the bridge circuit are connected so that a plurality of portions along the magnetic field detection direction are arranged in parallel at predetermined intervals so as to be sequentially folded and electrically connected in series. It is formed in a zigzag shape.
  • a bridge circuit using such a zigzag MR element is proposed in Patent Document 1.
  • the liquid crystal screen part of the video camera has a rotation mechanism, and the direction of the image on the liquid crystal part is reversed at a set angle. If the detection angle is small, the image on the liquid crystal part is reversed by a slight rotation. In order to increase the detection angle as much as possible, it is necessary to enlarge the magnet or devise the arrangement of the magnetic sensor. With the recent miniaturization of terminals, the degree of freedom in design has been reduced, and a magnetic sensor having a large detection angle range has been desired.
  • R R0 ⁇ R ⁇ sin 2 between the current ⁇ flowing between the MR element and the angle ⁇ formed by the magnetic field and the resistance value of the MR element.
  • ⁇ the resistance change amount due to the application of the magnetic field.
  • the offset voltage between the connection points a and b when the applied voltage V is It is represented by At this time, the relationship between the magnetic field of ⁇ and the midpoint potential is a curve c shown in FIG. 7, and the angle of the magnetic field exceeding the offset voltage value in the absence of a magnetic field is limited to 45 to 135 °. That is, outside this angle range, no signal is output from the waveform shaping processing unit, and detection is not performed.
  • an object of the present invention is to provide a magnetic sensor having a large magnetic field detection angle range and a bridge circuit used therefor.
  • the magnetic sensor according to the present invention includes a series connection body of the first MR element and the second MR element and a series connection body of the third MR element and the fourth MR element between the power sources.
  • a series connection body of the first MR element and the second MR element are connected to a bridge circuit connected in parallel, a connection point between the first MR element and the second MR element, and a connection point between the third MR element and the fourth MR element.
  • the first and fourth MR elements of the bridge circuit are each in a direction substantially perpendicular to the magnetic field detection direction.
  • a plurality of portions along the parallel lines are arranged in parallel at a predetermined interval, are connected so as to be sequentially folded, and are formed in a zigzag shape electrically connected in series, and the second and third MR of the bridge circuit
  • Each element as a whole A plurality of portions along a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction are arranged in parallel at a predetermined interval and connected so as to be folded back in turn, and each of the plurality of portions extends along the magnetic field detection direction.
  • a plurality of portions are arranged in parallel at a predetermined interval, and are connected so as to be sequentially folded, and are formed in a zigzag shape electrically connected in series.
  • a series connection body of the first MR element and the second MR element, and a series connection body of the third MR element and the fourth MR element are connected in parallel between the power supplies.
  • each of the first and fourth MR elements is connected so that a plurality of portions along a direction substantially perpendicular to the magnetic field detection direction are arranged in parallel at a predetermined interval and are sequentially folded.
  • Each of the second and third MR elements has a plurality of portions along the direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction as a whole.
  • the plurality of portions are connected in parallel at predetermined intervals and sequentially folded, and the plurality of portions are connected so that the plurality of portions along the magnetic field detection direction are aligned in parallel at predetermined intervals and sequentially folded. Electrical Characterized in that it is formed in series connected zig-zag pattern.
  • the magnetic field detection angle range can be increased.
  • the offset voltage of the magnetic sensor will be described again.
  • the offset voltage between the connection points a and b is It is represented by
  • the relationship between the magnetic field of ⁇ and the midpoint potential becomes the curve d shown in FIG. 7, and the angle of the magnetic field exceeding the offset voltage value in the absence of a magnetic field is greatly expanded compared to (Equation 1).
  • the detection angle range is increased by making R2 and R3 of the bridge circuit as MR elements and having a shape with little influence from the magnetic field.
  • FIG. 1A is a plan view for explaining a bridge circuit of the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a partially enlarged view for explaining details of the shape.
  • the MR element R1 and MR element R2 in series connection and the MR element R3 and MR element R4 in series connection are connected in parallel between the power supply voltage Vcc and the ground GND.
  • the potential of the bridge circuit, the connection point a between the MR element R1 and the MR element R2, and the connection point b between the MR element R3 and the MR element R4 are input, and the output corresponding to the potential difference between the two connection points And a feedback resistor (not shown) for feeding back the output of the comparator to one input.
  • Such circuit elements are formed on the same chip to constitute a magnetic sensor.
  • each of the MR element R1 and the MR element R4 of the bridge circuit includes a plurality of portions along a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction and arranged in parallel at a predetermined interval. It is connected in a folded manner and is formed in a zigzag shape that is electrically connected in series. Further, as shown in FIG. 1A, each of the MR element R2 and the MR element R3 of the bridge circuit has a plurality of portions arranged in parallel at a predetermined interval in a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction as a whole.
  • the plurality of portions are connected in series so that the plurality of portions are connected in parallel so that the plurality of portions along the magnetic field detection direction are arranged in parallel at predetermined intervals, and are connected in series. It is formed in a folded shape. Further, the shape of the folded and connected portion is substantially U-shaped.
  • the MR elements R2 and R3 are constituted by straight lines as short as possible, and straight lines having the same length as the elements e and f in the figure are arranged so as to be orthogonal to each other.
  • MR elements R2 and R3 are configured.
  • the lengths of the straight lines are made the same in the first direction in the drawing and the second direction which is a direction orthogonal to the first direction.
  • the MR element R3 also has the same straight line length in the first direction and the second direction in the figure.
  • FIG. 2 shows the relationship between the line length of the MR element and the rate of change in resistance.
  • FIG. 2 shows the case where the material of the MR element is Ni 0.85 Fe 0.15 .
  • the resistance change of the MR element from FIG. 5 is 1/5 or less compared to the line of 80 ⁇ m or more. It can be seen that it is reduced.
  • R2 and R3 are arranged so that MR elements having the same shape are orthogonal to each other, and the resistance value R when a magnetic field of ⁇ is applied is become.
  • the resistance value R does not depend on the angle of the applied magnetic field.
  • the MR elements R2 and R3 have a remarkably small change in resistance due to the magnetic field and are not dependent on the direction of the magnetic field, and the offset voltage is ( Equivalent to equation 2).
  • the relationship between the magnetic field of ⁇ and the midpoint potential is as shown by a curve d shown in FIG. Therefore, an MR sensor with a large rotation detection angle can be obtained.
  • the magnetic field detection angle range is increased.
  • the magnetic sensor composed of the MR elements in FIG. 6 does not operate because the resistances of the MR elements R1 to R4 all change equally.
  • the magnetic sensor composed of the MR element of FIG. 1A can operate.
  • FIG. 3 is a plan view for explaining a bridge circuit of the magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention. Detailed description of the contents common to the first embodiment will be omitted.
  • the magnetic sensor of the present embodiment is different from the first embodiment in the pattern shapes of the MR elements R1 to R4 constituting the bridge circuit. That is, as shown in FIG. 3, each of the MR element R1 and the MR element R4 of the bridge circuit has a plurality of portions along a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction and arranged in parallel at a predetermined interval. It is connected in a folded manner and is formed in a zigzag shape that is electrically connected in series. Further, as shown in FIG. 3, each of the MR element R2 and the MR element R3 of the bridge circuit has a plurality of portions arranged in parallel at a predetermined interval in a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction as a whole. In addition, the plurality of portions are connected in series so that the plurality of portions are connected in parallel so that the plurality of portions along the magnetic field detection direction are arranged in parallel at predetermined intervals, and are connected in series. It is formed in a folded shape.
  • the MR element R2 and the MR element R3 of the bridge circuit are connected so as to be sequentially folded in a plurality of 180-degree R shapes, and are electrically connected in series. It is formed in a shape. In other words, the shape of the folded and connected portion is substantially U-shaped.
  • the magnetic field direction is not dependent on the direction of the magnetic field, and the magnetic field detection angle range is increased as in the magnetic sensor of the first embodiment. .
  • the arrangement of the MR element pattern of the bridge circuit is not limited to the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B or the second embodiment shown in FIG.
  • the MR element pattern of the bridge circuit shown in FIGS. 4A and 4B may be used.
  • FIG. 4A is a modification of FIG. 1A and FIG. 1B, and MR elements R1 and R4 are arranged in parallel with a plurality of portions along a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction as a whole at a predetermined interval.
  • the plurality of portions are connected so as to be sequentially folded, and each of the plurality of portions is arranged so that the plurality of portions along the magnetic field detection direction are arranged in parallel at a predetermined interval and are connected so as to be sequentially folded and electrically connected in series. It is formed in a zigzag shape.
  • FIG. 4B is a modification of FIG. 3, and MR elements R1 and R4 are folded in order so that a plurality of portions along a direction substantially orthogonal to the magnetic field detection direction as a whole are arranged in parallel at a predetermined interval.
  • the plurality of portions are connected in a zigzag manner in which the plurality of portions along the magnetic field detection direction are arranged in parallel at a predetermined interval and are connected so as to be sequentially folded and electrically connected in series. Is formed. And like FIG. 3, it is connected so that it may return in order by several 180 degree R shape, and it forms in the zigzag shape electrically connected in series.
  • the MR elements R1 and R4 have a remarkably small resistance change due to the magnetic field and do not depend on the direction of the magnetic field. As a result, the MR sensor has a large rotation detection angle.
  • the comparator and the feedback resistor are formed on the same chip as the bridge circuit, but may be formed on a separate chip.

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Description

ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ
　本発明は、ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサに関し、特に４つのＭＲ素子で形成されるブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサに関する。
　磁気抵抗効果（ＭＲ効果：magneto-resistance effect）を利用した磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気センサが知られている。図５はこのような磁気センサの等価回路図である。すなわち、４つのＭＲ素子Ｒ１乃至Ｒ４で形成されるブリッジ回路と、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２との接続点及びＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４の接続点の電位を入力して、電位差に応じた電圧を出力するコンパレータと、コンパレータの出力を一つの入力に帰還する帰還抵抗を備えている。このような回路要素は同一チップに形成されて、磁気センサを構成している。
　図６はこのようなブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ１乃至Ｒ４のパターンを示す平面図である。すなわち、ＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ２の直列接続体とＭＲ素子Ｒ３及びＭＲ素子Ｒ４の直列接続体とが、電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に並列接続されている。そして、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ４はそれぞれ、磁界検出方向と直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。さらに、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ２及びＭＲ素子Ｒ３はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。このようなつづら折り状のＭＲ素子を用いるブリッジ回路は、特許文献１で提案されている。
　回転動作の位置を検出する場合、アプリケーションによりできる限り磁気センサの動作角度領域を大きくしたいものがある。例えば、ビデオカメラの液晶画面部は回転機構を有しており、設定した角度で液晶部の画像の向きを反転させている。検出角度が小さいと、少しの回転動作で液晶部の画像が反転してしまう。また、検出角度を少しでも大きくするためには、マグネットを大きくしたり、磁気センサの配置を工夫する必要がある。近年の端末の小型化に伴い、設計の自由度も小さくなり、検出角度範囲が大きい磁気センサが望まれていた。
特開２００７－２２５４２１号公報
　しかしながら、上述した背景技術の磁気センサには以下のような課題がある。
　少なくとも１つの抵抗体が異なる４つのＭＲ素子Ｒ１～Ｒ４を４つの接続点でブリッジ状に接続し、対向する接続点に電源を付加すると、他の対向する接続点にオフセット電圧が発生する。言い換えると、図６に示すように電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤとの間に、ＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ２の直列接続体とＭＲ素子Ｒ３及びＭＲ素子Ｒ４の直列接続体とを並列接続すると、ＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ２の接続点ａとＭＲ素子Ｒ３及びＭＲ素子Ｒ４の接続点ｂとの間には、オフセット電圧が発生する。磁界が与えられるとＭＲ素子が電圧を出力する。波形整形処理部の検出レベルは、ＭＲ素子からのオフセット電圧に基づくレベルより高く設定されている。ＭＲ素子からのオフセット電圧に基づくレベルが上記検出レベルを越えると、波形整形処理部が信号を出力する。
　図６のようなパターンに、∠θの磁界が印加された場合、ＭＲ素子に流れる電流と磁界のなす角θと、ＭＲ素子の抵抗値との間には、Ｒ＝Ｒ０－ΔＲ×ｓｉｎ２θの関係がある。ここで、Ｒ０：無磁界中のＭＲ素子の抵抗値であり、ΔＲ：磁界印加による抵抗変化量である。
　印加電圧Ｖのときの接続点ａ、ｂ間のオフセット電圧は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
で表される。このとき∠θの磁界と中点電位の関係は、図７に示す曲線ｃとなり、無磁界時のオフセット電圧値を越える磁界の角度は４５～１３５°の間に限定される。すなわち、この角度範囲の外では波形整形処理部から信号が出力されず、検出がされない。
　したがって、本発明の目的は、磁界検出角度範囲が大きい磁気センサ、及びこれに用いられるブリッジ回路を提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明に係る磁気センサは、第１のＭＲ素子及び第２のＭＲ素子の直列接続体と第３のＭＲ素子と第４のＭＲ素子の直列接続体とが電源間に並列接続されたブリッジ回路と、前記第１のＭＲ素子と前記第２のＭＲ素子との接続点と、前記第３のＭＲ素子と前記第４のＭＲ素子との接続点の電位を入力して、両接続点の電位差に応じた出力をするコンパレータとを有する磁気センサにおいて、前記ブリッジ回路の前記第１及び前記第４のＭＲ素子はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されており、前記ブリッジ回路の前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、前記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されていることを特徴とする。
　本発明に係るブリッジ回路は、第１のＭＲ素子及び第２のＭＲ素子の直列接続体と、第３のＭＲ素子と第４のＭＲ素子の直列接続体と、が電源間に並列接続されたブリッジ回路において、前記第１及び前記第４のＭＲ素子はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されており、前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、前記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、磁界検出角度範囲を大きくすることができる。
本発明の第１実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図である。 本発明の第１実施形態による磁気センサのブリッジ回路の形状の細部を説明するための部分拡大図である。 ＭＲ素子のライン長と抵抗変化率との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図である。 本発明の他の実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図である。 本発明のさらに他の実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図である。 磁気センサの等価回路図である。 磁気センサのブリッジ回路のＭＲパターン例を示す平面図である。 ∠θの磁界と中点電位の関係を示すグラフである。
　本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する前に、磁気センサのオフセット電圧について改めて説明する。図６に示されるＭＲ素子Ｒ２及びＲ３を磁界に影響されない抵抗体に置き換えた場合、接続点ａ、ｂ間のオフセット電圧は
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
で表される。この場合、∠θの磁界と中点電位の関係は、図７に示す曲線ｄとなり無磁界時のオフセット電圧値を越える磁界の角度が、（式１）に比べ大きく拡大される。
　以上から、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ２及びＲ３を磁界に依存しない抵抗体へ変更すると、磁気センサの検出角度を大きくすることが可能である。よって、ＭＲ素子Ｒ２、Ｒ３を一般的な半導体の抵抗にすることも考えられる。しかしながら、実際の量産性を考えた場合、半導体で作られる抵抗の抵抗値は±１０～２０％程度のばらつきが発生する。このため、ＭＲ素子との相対精度が悪化し、中点電位のバランスが制御できず、現実的ではない。
　以上から、本発明ではブリッジ回路のＲ２及びＲ３をＭＲ素子のまま、磁界からの影響の少ない形状にすることで検出角度範囲を大きくするものである。
　〔第１実施形態〕
初めに、本発明の第１実施形態によるブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサについて、図面を参照しながら説明する。図１Ａは本発明の第１実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図であり、図１Ｂはその形状の細部を説明するための部分拡大図である。
　本実施形態による磁気センサは、図１Ａに示すように、ＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ２の直列接続体とＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４の直列接続体とが電源電圧Ｖｃｃと接地ＧＮＤ間に並列接続されたブリッジ回路と、ＭＲ素子Ｒ１とＭＲ素子Ｒ２との接続点ａと、ＭＲ素子Ｒ３とＭＲ素子Ｒ４との接続点ｂの電位を入力して、両接続点の電位差に応じた応じた出力をするコンパレータ（図示せず）と、コンパレータの出力を一つの入力に帰還する帰還抵抗（図示せず）とを有している。このような回路要素が同一チップに形成されて、磁気センサを構成している。
　さらに、ブリッジ回路を構成するＭＲ素子Ｒ１～Ｒ４のパターンに特徴を有している。すなわち、図１Ａに示すように、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ４はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。さらに、図１Ａに示すように、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ２及びＭＲ素子Ｒ３はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、上記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。また、その折り返して連結されている部分の形状がほぼコの字状をなしている。
　より具体的には図１Ａに示すように、ＭＲ素子Ｒ２及びＲ３をできる限り短い直線で構成し、かつ図の要素ｅ、要素ｆのように同じ長さの直線がお互いに直交するよう配置して、ＭＲ素子Ｒ２及びＲ３を構成する。言い換えると、ＭＲ素子Ｒ２について、図の第１の方向及び第１の方向と直交する方向である第２の方向に関し、直線の長さを同じにする。ＭＲ素子Ｒ３についても、図の第１の方向及び第２の方向に関し、直線の長さを同じにする。
　ＭＲ素子Ｒ２及びＲ３はそれぞれ短いラインで構成されているので、異方性磁気抵抗素子であるＭＲ素子は、磁界に対する抵抗変化がＭＲ素子Ｒ１、Ｒ４に比べて大幅に小さくなる。図２に、ＭＲ素子のライン長と抵抗変化率との関係を示す。図２はＭＲ素子の材質が、Ｎｉ０．８５Ｆｅ０．１５の場合である。例えば、図１Ｂに示す、ラインｇから直交するパターンと重なる領域を除いた長さｈが１０μｍ以下であれば、図５からＭＲ素子の抵抗変化は、８０μｍ以上のラインに比べ１／５以下に減少される、ことが分かる。
　また、Ｒ２及びＲ３は同じ形状のＭＲ素子を直交するように配置することで、∠θの磁界が印加された時の抵抗値Ｒは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
になる。これにより、理論上、抵抗値Ｒは印加磁界の角度に依存されなくなる。
　以上から、図１ＡのＭＲ素子で構成された、図５のブリッジ回路を考えた場合、ＭＲ素子Ｒ２及びＲ３は、磁界による抵抗変化が著しく小さくかつ磁界の方向に依存されなくなり、オフセット電圧が（式２）と同等となる。∠θの磁界と中点電位の関係が、図７に示す曲線ｄのようになる。よって、回転検出角度が大きいＭＲセンサが得られる。
　本実施形態の磁界センサによれば、磁界検出角度範囲が大きくなる。例えば、θ＝４５°の磁界が印加された場合、図６のＭＲ素子で構成された磁気センサでは、ＭＲ素子Ｒ１～Ｒ４の抵抗が全て同等に変化するため、動作しない。これに対し、図１ＡのＭＲ素子で構成された磁気センサでは動作可能となる。
　〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態によるブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサについて、図面を参照しながら説明する。図３は本発明の第２実施形態による磁気センサのブリッジ回路を説明するための平面図である。第１実施形態と共通の内容については詳細な説明を省略することにする。
　本実施形態の磁気センサは、第１実施形態とはブリッジ回路を構成するＭＲ素子Ｒ１～Ｒ４のパターン形状が異なるものである。すなわち、図３に示すように、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ１及びＭＲ素子Ｒ４はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。さらに、図３に示すように、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ２及びＭＲ素子Ｒ３はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、上記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されている。
　ここで図３に示すように、本実施形態では、ブリッジ回路のＭＲ素子Ｒ２及びＭＲ素子Ｒ３が、複数の１８０°のＲ形状で順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されたものである。言い換えると、その折り返して連結されている部分の形状がほぼＵの字状をなしている。
　本実施形態のような形状やパターンのＭＲ素子Ｒ２及びＭＲ素子Ｒ３を用いた場合にも、磁界の方向に依存されなくなり、第１実施形態の磁気センサと同様に、磁界検出角度範囲が大きくなる。
　以上、好ましい実施形態について本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。ブリッジ回路のＭＲ素子のパターンの配置については、図１Ａや図１Ｂに示される第１実施形態や、図３に示される第２実施形態に限られるものではない。例えば、図４Ａや図４Ｂに示されるブリッジ回路のＭＲ素子のパターンでもよい。
　図４Ａは図１Ａや図１Ｂの変形例であり、ＭＲ素子Ｒ１、Ｒ４を、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、上記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成したものである。
　図４Ｂは図３の変形例であり、ＭＲ素子Ｒ１、Ｒ４を、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、上記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成したものである。そして、図３と同様に、複数の１８０°のＲ形状で順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成したものである。
　これらの場合、ＭＲ素子Ｒ１及びＲ４が、磁界による抵抗変化が著しく小さくかつ磁界の方向に依存されなくなる。これにより、回転検出角度が大きいＭＲセンサとなる。
　なお、第１実施形態では、コンパレータと帰還抵抗をブリッジ回路と同一チップ上に形成したが、別チップに形成してもよい。
　以上、好ましい実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１２年５月１６日に出願された日本出願特願２０１２－１１２４９７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明の活用例として、位置検出が必要とされる電子機器及び産業用機器が考えられる。
　Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４　　ＭＲ素子
　ａ、ｂ　　接続点
　ｇ　　ライン

Claims (9)

  1. 　第１のＭＲ素子及び第２のＭＲ素子の直列接続体と第３のＭＲ素子と第４のＭＲ素子の直列接続体とが電源間に並列接続されたブリッジ回路と、前記第１のＭＲ素子と前記第２のＭＲ素子との接続点と、前記第３のＭＲ素子と前記第４のＭＲ素子との接続点の電位を入力して、両接続点の電位差に応じた出力をするコンパレータとを有する磁気センサにおいて、
    　前記ブリッジ回路の前記第１及び前記第４のＭＲ素子はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されており、
    　前記ブリッジ回路の前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、前記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されていることを特徴とする磁気センサ。
  2. 　前記第２及び前記第３のＭＲ素子の前記複数本の部分は、前記第１及び前記第４のＭＲ素子の前記複数本の部分より短いことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、複数の直線のラインで構成され、かつ、直線のラインが交差する領域を除いた直線距離が１０μｍ以下のラインで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、複数の１８０°のＲ形状で順次折り返すように連結されて構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の磁気センサ。
  5. 　前記第１乃至第４のＭＲ素子は、その折り返して連結されている部分の形状がほぼコの字状をなしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の磁気センサ。
  6. 　前記第１乃至第４のＭＲ素子は、その折り返して連結されている部分の形状がほぼＵの字状をなしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の磁気センサ。
  7. 　第１のＭＲ素子及び第２のＭＲ素子の直列接続体と、第３のＭＲ素子と第４のＭＲ素子の直列接続体と、が電源間に並列接続されたブリッジ回路において、
    　前記第１及び前記第４のＭＲ素子はそれぞれ、磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されており、
    　前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、全体として磁界検出方向とは実質的に直交する方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されると共に、前記複数本の部分はそれぞれ、磁界検出方向に沿った複数本の部分が所定間隔で平行に並んで、順次折り返すように連結されて、電気的に直列接続されたつづら折り状に形成されていることを特徴とするブリッジ回路。
  8. 　前記第２及び前記第３のＭＲ素子の前記複数本の部分は、前記第１及び前記第４のＭＲ素子の前記複数本の部分より短いことを特徴とする請求項７に記載のブリッジ回路。
  9. 　前記第２及び前記第３のＭＲ素子はそれぞれ、複数の直線のラインで構成され、かつ、直線のラインが交差する領域を除いた直線距離が１０μｍ以下のラインで構成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のブリッジ回路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182365A1 (ja) * 2014-05-30 2015-12-03 株式会社村田製作所 磁気センサ
WO2016013347A1 (ja) * 2014-07-25 2016-01-28 株式会社村田製作所 磁気センサ
WO2016013346A1 (ja) * 2014-07-23 2016-01-28 株式会社村田製作所 磁気センサ
JPWO2016013345A1 (ja) * 2014-07-24 2017-05-25 株式会社村田製作所 磁気センサ

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105093139B (zh) * 2015-06-09 2017-11-24 江苏多维科技有限公司 一种推挽式x轴磁电阻传感器
CN109752677A (zh) * 2019-01-10 2019-05-14 东南大学 一种双电桥式薄膜磁阻传感器
TWI705262B (zh) * 2019-09-27 2020-09-21 愛盛科技股份有限公司 磁場感測裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02231587A (ja) * 1989-03-03 1990-09-13 Tokai Rika Co Ltd 基準電圧発生装置
JP2007225421A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Yamanashi Nippon Denki Kk 磁気センサ、その製造方法、回転検出装置及び位置検出装置
WO2009031539A1 (ja) * 2007-09-03 2009-03-12 Alps Electric Co., Ltd. 磁気検出装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6422076A (en) * 1987-07-17 1989-01-25 Fujitsu Ltd Magnetoresistance element
JPH04133221A (ja) * 1990-09-26 1992-05-07 Nec Corp 磁気センサ
JP2551321B2 (ja) * 1993-04-21 1996-11-06 日本電気株式会社 集積化磁気抵抗効果センサ
JP2655106B2 (ja) * 1994-12-07 1997-09-17 日本電気株式会社 磁気抵抗センサ
JPH09127221A (ja) * 1995-10-27 1997-05-16 Sony Corp 地磁気方位センサ
JP3404249B2 (ja) * 1997-03-26 2003-05-06 三菱電機株式会社 磁気センサ
JP3587678B2 (ja) * 1998-03-20 2004-11-10 Ｔｄｋ株式会社 磁界センサ
DE10308030B4 (de) * 2003-02-24 2011-02-03 Meas Deutschland Gmbh Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung eines Winkels oder einer Position
JP4259937B2 (ja) * 2003-06-30 2009-04-30 アルプス電気株式会社 角度検出センサ
JP2008046076A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Alps Electric Co Ltd 磁気センサの製造方法、及び磁気センサ
JP4406632B2 (ja) * 2006-08-31 2010-02-03 アルプス電気株式会社 磁気検出装置およびその製造方法
KR101021257B1 (ko) * 2006-08-31 2011-03-11 알프스 덴키 가부시키가이샤 쌍극 대응형 자기검출장치
JP2008209224A (ja) * 2007-02-26 2008-09-11 Daido Steel Co Ltd 磁気センサ
CN102016513B (zh) * 2009-03-30 2013-04-10 日立金属株式会社 旋转角度检测装置
US8451003B2 (en) * 2009-07-29 2013-05-28 Tdk Corporation Magnetic sensor having magneto-resistive elements on a substrate
US8564286B2 (en) * 2010-06-28 2013-10-22 Infineon Technologies Ag GMR sensors having reduced AMR effects
CN201935997U (zh) * 2010-08-11 2011-08-17 上海腾怡半导体有限公司 磁场传感器芯片
JP2013016630A (ja) * 2011-07-04 2013-01-24 Yamanashi Nippon Denki Kk 磁気抵抗効果素子及びこれを用いた磁気センサ
US9310446B2 (en) * 2012-10-18 2016-04-12 Analog Devices, Inc. Magnetic field direction detector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02231587A (ja) * 1989-03-03 1990-09-13 Tokai Rika Co Ltd 基準電圧発生装置
JP2007225421A (ja) 2006-02-23 2007-09-06 Yamanashi Nippon Denki Kk 磁気センサ、その製造方法、回転検出装置及び位置検出装置
WO2009031539A1 (ja) * 2007-09-03 2009-03-12 Alps Electric Co., Ltd. 磁気検出装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2853909A4

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015182365A1 (ja) * 2014-05-30 2015-12-03 株式会社村田製作所 磁気センサ
CN105223523A (zh) * 2014-05-30 2016-01-06 株式会社村田制作所 磁传感器
JPWO2015182365A1 (ja) * 2014-05-30 2017-04-20 株式会社村田製作所 磁気センサ
US9915706B2 (en) 2014-05-30 2018-03-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Magnetic sensor
WO2016013346A1 (ja) * 2014-07-23 2016-01-28 株式会社村田製作所 磁気センサ
JPWO2016013346A1 (ja) * 2014-07-23 2017-04-27 株式会社村田製作所 磁気センサ
US10295615B2 (en) 2014-07-23 2019-05-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. Magnetic sensor
JPWO2016013345A1 (ja) * 2014-07-24 2017-05-25 株式会社村田製作所 磁気センサ
US10281532B2 (en) 2014-07-24 2019-05-07 Murata Manufacturing Co., Ltd. Magnetic sensor
WO2016013347A1 (ja) * 2014-07-25 2016-01-28 株式会社村田製作所 磁気センサ
JPWO2016013347A1 (ja) * 2014-07-25 2017-04-27 株式会社村田製作所 磁気センサ
US10408893B2 (en) 2014-07-25 2019-09-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Magnetic sensor

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