(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき発電機の電圧又は電流に比例する電流が循環する金属測定線（４、５）に連結された、電圧又は電流を測定すべき発電機に接続する第１及び第２端子（１、２）と、測定線（４、５）内を循環する電流によって遠隔で作られる、磁場を測定する少なくとも２つの磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）とを含む、電流を介して電圧又は磁気抵抗に基づき電流を測定する集積化センサであって、
金属測定線が、測定線を閉鎖するための部分（３）に連結された、電流が反対方向に循環する、少なくとも第１及び第２の細長く、かつ平行な区間（４、５）を含み、金属測定線（３、４、５）のアセンブリが、１５００Ｖ以上の電圧に関して集積化ガルバニック絶縁層（８）の面の一方に配置され、集積化ガルバニック絶縁層（８）自体が、検出集積回路部分の上に配置され、検出集積回路部分が、少なくとも２つの磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）を含み、２つの磁気抵抗自体が、測定線を循環する電流によって作られる場への感度を有するように、金属測定線の細長い区間（４、５）の一方に、基本的に重ねられる高感度部分を各々有すること、及び金属測定線の第１及び第２の細長い区間（４、５）の各々が、第１及び第２端子（１、２）の側で、接地接点（４１）に連結するトラックに重ねられた領域の隣接領域に収縮部（６、７）を含み、収縮部（６、７）が、過電圧ピークによって作られる絶縁不足の場合に集積化ヒューズの役目を果たすことを特徴とする集積化センサ。
【請求項２】
金属測定線（３、４、５）のアセンブリが、集積化ガルバニック絶縁層（８）の面の一方に直接堆積され、かつこの集積化ガルバニック絶縁層（８）の他方の面に直接堆積された磁気抵抗の高感度部分と向かい合い、この絶縁層の厚さだけ測定線が高感度部分から分離するようにすることを特徴とする請求項１に記載の集積化センサ。
【請求項３】
磁気抵抗が、巨大磁気抵抗であることを特徴とする請求項１又は２に記載の集積化センサ。
【請求項４】
磁気抵抗が、トンネル磁気抵抗であることを特徴とする請求項１又は２に記載の集積化センサ。
【請求項５】
検出集積回路部分が、磁気抵抗ブリッジ（３０）と、少なくとも１つのバイアス電圧接点Ｖｃｃ（４２）、接地接点（４１）、並びに差動出力電圧の陰極Ｖｉｎ−及び陽極Ｖｉｎ＋の接点（４３、４４）と連結するトラックとを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項６】
磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）は、各々がＣ字形を有し、測定線を循環する電流によって作られる場への感度を有するように、金属測定線の細長い区間（４、５）の一方に基本的に重ねられた高感度部分を構成する長手方向中央分岐を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項７】
各巨大磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）が、１００〜５００マイクロメートルの長さと、２〜８マイクロメートルの幅とを有することを特徴とする請求項３に記載の集積化センサ。
【請求項８】
各トンネル磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）が、４０〜１５０μｍの長さ及び２〜８μｍの幅のＣ字形の自由層（６１；６２）と、３００オーム〜１０キロオームの抵抗を得るために大きさが調整される、１又は２つの接触片（７０；７１、７２）から形成される硬質層とを有することを特徴とする請求項４及び６に記載の集積化センサ。
【請求項９】
金属測定線（３、４、５）が、３０〜１００オームの抵抗を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１０】
金属測定線（３、４、５）の第１及び第２の細長い区間（４、５）が、磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）の高感度部分の幅に匹敵する幅を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１１】
ガルバニック絶縁層（８）が、平坦であり、かつ５〜１５マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１２】
ガルバニック絶縁層（８）が、硬化樹脂の堆積物によって構成され、かつポリイミド又はビスベンゾシクロテン（ＢＣＢ）を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１３】
ガルバニック絶縁層（８）が、セラミック絶縁体の堆積物によって構成され、かつＳｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３の層を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１４】
０〜１．３Ｖの出力電圧を有する燃料電池から構成される発電機の電圧又は電流の測定に応用されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の集積化センサ。
【請求項１５】
発電機の電圧又は電流を測定する診断システムであって、電流を介して電圧を測定するか、又は同じ接続板（１００）上に集積された、請求項３又は請求項３及び請求項５から１４のいずれか一項に記載の巨大磁気抵抗（１１１〜１１８）での電流を測定する複数のセンサを含む、少なくとも１つのハイブリッド測定モジュールと、複数のセンサ（１１１〜１１８）によって送出される信号を受信する複数の増幅器（２０１〜２０８）を含む増幅モジュール（２００）と、多重化モジュール（３００）と、連結装置（４０１、４０２）と、分離したデジタル処理モジュール（４００）とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
ハイブリッド測定モジュールが、センサ接続板（１００）及び増幅モジュール（２００）を含む第１プリント回路と、多重化モジュール（３００）を含む第２プリント回路とを含み、信号交換トラックが、プリント回路の部片上に形成され、かつ第１及び第２プリント回路は、組み立てられ、成形され、かつプリント回路の部片上に形成され、かつ連結装置（４０１、４０２）に接続される信号交換トラックに連結された入力−出力接続端子によってカプセル化されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
巨大磁気抵抗で電圧又は電流を測定する各集積化センサが、電圧又は電流を測定すべき発電機の個別のセルに接続する第１及び第２端子（１、２）と、金属測定線（４、５）とを含み、金属測定線は、測定線を閉鎖するための部分（３）に連結された、電流が反対方向に循環する、第１及び第２の細長く、かつ平行な区間（４、５）を含み、金属測定線（３、４、５）のアセンブリは、ガルバニック絶縁層（８）上に配置され、ガルバニック絶縁層自体は、巨大磁気抵抗ブリッジ（３０）と、少なくとも１つのバイス電圧接点Ｖｃｃ（４２）、接地接点（４１）、並びに差動出力電圧の陰極Ｖｉｎ−及び陽極Ｖｉｎ＋の接点（４３、４４）と連結するトラックとを含む集積回路部分上に配置され、巨大磁気抵抗（３１、３２、３３、３４）自体は、Ｃ字形を有し、金属測定線の細長い区間（４、５）の一方に基本的に重ねられた磁気抵抗の高感度部分を構成する長手方向中央分岐を有することを特徴とする請求項１５または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
発電機の各セルの測定点と、センサ接続板（１００）の対応する入力端子との間に配置される抵抗（１２１〜１２８）を更に含むことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
各接続板（１００）が、巨大磁気抵抗での電圧又は電流を測定する８つのセンサ（１１１〜１１８）を含み、増幅モジュール（２００）が、同様に８つの増幅器（２０１〜２０８）を含み、かつ多重化モジュール（３００）が、３つの選択信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）によって起動される７つの多重化基本セルを有する少なくとも３つのステージを含むことを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
初期偏りの補償回路が、各増幅器（２０１〜２０８）に結合されることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
浮動接地を決定するバイアス点の補償回路（６３）が、各増幅器（２０１〜２０８）に結合されることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を介して電圧を測定するか、又は高いガルバニック絶縁を有する巨大磁気抵抗若しくはトンネル磁気抵抗のような磁気抵抗に基づき電流を測定する集積化センサに関し、このセンサは、測定すべき発電機の電圧又は電流に比例する電流が循環する金属測定線に連結された、電圧又は電流が測定されるべき発電機に接続する第１及び第２端子を含み、前記電流は、この線を循環し、磁気抵抗によって遠隔で測定される磁場を作る。
【０００２】
本発明は、特に動的応用のために車両に内蔵され得るか、又は固定的な発電施設内に配置され、かつ複数のセルを含み得る、発電機の電圧又は電流を測定する診察システムにも関する。
【０００３】
本発明は、自動車用途の燃料電池のような、複数の基本セルを含む、内蔵発電機の電圧の測定に特に応用される。
【０００４】
本発明が関係する分野は、厳しい環境状況で送出された複数の電源測定の読み取り、処理及び伝送のための内蔵電子システムの分野である。とりわけ、自動車用途に鑑みた規則上及び安全上の要件のうち、測定装置と、測定する電源との間に約１５００Ｖのガルバニック絶縁を加え、ガルバニック絶縁レベルは、２＊Ｕ＋１０００Ｖ  ＲＭＳ（式中、Ｕは最大動作電圧である）によってより一般的に定義される。
【背景技術】
【０００５】
複数の電圧を測定する、この技術上の必要性は、特許文献１においてすでに明らかにされた。この先行技術文献に示された技術的解決法は、電圧／周波数変換の原理、及び要求されるガルバニック絶縁を確実に行うオプトカプラを通した２進化信号の伝送に基づく。しかしながら、このタイプの装置は、測定を確実に行うための特殊な供給源を必要とする。この文献によれば、エネルギーは、水素及び酸素を供給される燃料電池のバイポーラ板上でこのようにして直接取り出される。
【０００６】
その上、電圧の測定が、燃料電池の調整段階中に使用される貫入装置を用いて行われる様々なシステムが知られている。この場合に、かかる装置は、車両内に固定された状態に留まらないので、いかなる内蔵される供給源も、測定モジュールも必要でないが、これらの測定装置は、例えば燃料電池システムの点検／制御と相互作用する永続的な診断を行うことを可能にしない。その上、多数のセルを利用する電池にとって、このことは、電池の環境自体にかなり制約のある供給ケーブルの存在、及び電池と、測定台との間の正確な絶縁を維持する、中間ケース又は市販若しくは専用の複雑な取得カードの使用を意味する。
【０００７】
車内に固定された状態に留まるシステムに関して、主にアナログ−デジタルコンバータ、及びデジタル化されたデータを読み取り、場合により診断を作成し、かつ伝送するための関連したマイクロコントローラを使用する内蔵電子システムの使用が知られている。一般的にガルバニック絶縁は、抑制される（＞１５００Ｖ）。システムは、バッテリ又はあらゆる外部電源から直流／直流コンバータによって電源供給され、かつデータ伝送は、光電子コンバータを通過する。コンバータ及びマイクロコントローラから構成されるこのシステムによって、コンバータのチャネル上で多重化された幾つものセルを読み取ることができ、同じ電位で参照される。電池が、少数のセルでのみ形成される時、かつ最終セルの電圧が、直流／直流コンバータによって供給される電圧と適合する状態に留まる限りにおいて、この読み取りは、直接であっても良い。セル数が大きくなる時、このことは当てはまらない。その場合、抵抗ブリッジによって様々なセルの電圧を、コンバータの特性と適合するレベルに至らせ、かつ大量の情報の輸送に固有の危険（ルーティングにおける多数の電位の存在、混線、精度、切換等）を有する多数のマルチプレクサを管理せねばならない。
【０００８】
並行して管理される自律診断システムの幾つもの供給源に供給するために、電池外部の電源（バッテリ、供給源等）からの幾つもの直流／直流コンバータの使用が更に知られている。この方法は、幾つもの基準系を利用すること、及びセルを各々がコンバータ及びマイクロコントローラに関連したパケットに再編成することを可能にする。かかるシステムは、占有場所及び情報処理の複雑さによって著しく不利益を与えられる。
【０００９】
前述のシステムは、特に次の制約：
−  減少した占有場所、
−  様々なモジュールの熱放散、
−  時折弱く、変動する電圧を測定するために使用されるディバイダブリッジ及びスイッチの存在によって影響され得る各セルの電圧測定の精度、
−  構成部品の老朽化にもかかわらず、車両の全寿命にわたる測定の信頼性、
−  データ測定及び条件付け原理の、車両のＣＡＮ（「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：コントローラエリアネットワーク」）ネットワークとの適合性、を前提とする自動車分野での応用の場合のように、占有場所及び信頼性の制約が優先するようになる応用を目標とする時、完全な満足を与えない。
【００１０】
その上、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）又はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）に基づく磁気抵抗センサの開発は、世界レベルの激しい開発の対象になっている。第１の用途は、現在この技術を用いて製造されるハードディスクの読み取りヘッドである。他の用途は、更に最近のものであり、特に位置又は角度センサをカバーする。
【００１１】
ＮＶＥ社（ｗｗｗ．ｎｖｅ．ｃｏｍ）は、最近ＧＭＲブリッジ及び電線からなる電流センサの販売を開始した。
【００１２】
ＧＭＲに基づく電流センサを記載する非特許文献１も参考として挙げることができる。
【００１３】
トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）よりも高い感度を有するが、雑音が大きくかつ製造が困難である。好適には、動作温度が１８０℃を超えねばならない場合に使用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９３４４１９号明細書
【特許文献２】国際公開第２００７／１４８０２８号パンフレット
【特許文献３】仏国特許出願公開第２８７６８００号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｐａｎｎｅｔｉｅｒ−Ｌｅｃｏｅｕｒ，Ｍ；Ｆｅｒｍｏｎ，Ｃ；ｄｅ  Ｖｉｓｍｅｓ，Ａら、「Ｌｏｗ  ｎｏｉｓｅ  ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｃｏｍｐａｓｓｅｓ」、ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＭＡＧＮＥＴＩＳＭ  ＡＮＤ  ＭＡＧＮＥＴＩＣ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ  Ｖｏｌ  ３１６、ＩＳＳＵＥ：２、Ｐａｇｅｓ：Ｅ２４６〜Ｅ２４８（２００７）
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、前述の不都合を防ぎ、かつ内蔵発電機の電圧及び電流測定を可能にし、かつコンパクトで信頼できる実施を許す高いガルバニック絶縁を有する集積化センサを利用できるようにすることを目的とする。
【００１７】
これらの目的は、本発明によれば、測定すべき発電機の電圧又は電流に比例する電流が循環する金属測定線に連結された、電圧又は電流を測定すべき発電機に接続する第１及び第２端子と、前記測定線内を循環する前記電流によって遠隔で作られる、磁場を測定する少なくとも２つの磁気抵抗とを含む、磁気抵抗に基づき電圧又は電流を測定する集積化センサであって、金属測定線が、測定線を閉鎖するための部分に連結された、電流が反対方向に循環する、少なくとも第１及び第２の細長く、かつ平行な区間を含み、金属測定線のアセンブリが、１５００Ｖ以上の電圧に関して集積化ガルバニック絶縁層の面の一方に配置され、前記集積化ガルバニック絶縁層自体が、検出集積回路部分の上に配置され、前記検出集積回路部分が、前記少なくとも２つの磁気抵抗を含み、前記２つの磁気抵抗自体が、測定線を循環する電流によって作られる場への感度を有するように、金属測定線の細長い区間の一方に、基本的に重ねられる高感度部分を各々有すること、及び金属測定線の第１及び第２の細長い区間の各々が、前記第１及び第２端子の側で、接地接点に連結するトラックに重ねられた領域の隣接領域に収縮部を含み、前記収縮部が、過電圧ピークによって作られる絶縁不足の場合に集積化ヒューズの役目を果たすことを特徴とする集積化センサによって達成される。
【００１８】
好適には、金属測定線のアセンブリは、集積化ガルバニック絶縁層の面の一方に直接堆積され、この集積化ガルバニック絶縁層の他方の面に直接堆積された磁気抵抗の高感度部分と向かい合い、この絶縁層の厚さだけ測定線を高感度部分から分離するようにする。
【００１９】
磁気抵抗は、巨大磁気抵抗又はトンネル磁気抵抗であっても良い。
【００２０】
好ましくは、前記検出集積回路部分は、磁気抵抗ブリッジと、少なくとも１つの接触バイアス電圧接点Ｖｃｃ、接地接点、並びに差動出力電圧の陰極Ｖｉｎ−及び陽極Ｖｉｎ＋の接点と連結するトラックとを含む。
【００２１】
好適には、磁気抵抗は、各々がＣ字形を有し、測定線を循環する電流によって作られる場への感度を有するように、金属測定線の細長い区間の一方に基本的に重ねられた前記高感度部分を構成する長手方向中央分岐を有する。
【００２２】
好適には、巨大磁気抵抗の場合に、各巨大磁気抵抗は、１００〜５００マイクロメートルの長さと、２〜８マイクロメートルの幅とを有する。
【００２３】
好適には、トンネル磁気抵抗の場合に、各トンネル磁気抵抗は、４０〜１５０μｍの長さ及び２〜８μｍの幅のＣ字形の自由層と、３００オーム〜１０キロオームの抵抗を得るために大きさが調整される、１又は２つの接触片から形成される硬質層とを有する。
【００２４】
好ましくは、金属測定線は、３０〜１００オームの抵抗を有し、測定する通常の電圧を考慮すれば、約５〜１００ｍＡの電流に適している。
【００２５】
最後に、センサ及び電線の特殊な形状は、過度に高い過電圧、又は調整可能な閾値を超える静電放電の場合に、集積化電線が即席のヒューズの役目を果たし得ることになる、集積化ヒューズ機能を検討できるようにする。このために、電圧又は電流を測定する各センサの金属測定線の第１及び第２の細長い区間の各々が、前記第１及び第２端子の側で、接地接点に連結するトラックに重ねられた領域の隣接領域に収縮部を含み、前記収縮部が、過電圧ピークによって作られる絶縁不足の場合に集積化ヒューズの役目を果たす。
【００２６】
本発明の好ましい特性によれば、金属測定線の第１及び第２の細長い区間は、磁気抵抗の前記高感度部分の幅に匹敵する幅を有する。
【００２７】
本発明のもう１つの態様によれば、ガルバニック絶縁層は、平坦であり、かつ５〜１５マイクロメートルの厚さを有し、厚さは、希望するガルバニック絶縁及び選択された絶縁体に接続される。
【００２８】
可能である特殊な実施形態によれば、ガルバニック絶縁層は、硬化樹脂の堆積物によって構成される。
【００２９】
この場合に、ガルバニック絶縁層は、ポリイミド又はビスベンゾシクロテン（ＢＣＢ）を含むことができる。
【００３０】
もう１つの特殊な実施形態によれば、ガルバニック絶縁層は、セラミック絶縁体の堆積物によって構成される。
【００３１】
この場合に、ガルバニック絶縁層は、Ｓｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３の層を含むことができる。
【００３２】
本発明による集積化センサは、０〜１．３Ｖの出力電圧を有する燃料電池から構成される発電機の電圧又は電流の測定に応用され得る。
【００３３】
バイアス電圧接点Ｖｃｃ及び接地接点は、１〜１２Ｖの電圧を有する給電バッテリに連結できる。その場合ＧＭＲの抵抗は、内部を循環する電流が、ＧＭＲの幅１μｍ当たり１ｍＡを超えないように選択される。ＴＭＲの場合に、バイアス電圧は、ＴＭＲの各接触片に対して約０．４Ｖを得るために選択されねばならない。
【００３４】
提案された本発明は、このようにして先行技術の研究において解決されなかった、幾つもの重要な課題を解決できるようにする。
【００３５】
このようにして、本発明は、完全に集積されたセンサを画定して、電線と、磁気抵抗ブリッジとの間の高いガルバニック絶縁を有することを可能にする。ミリメートル台の距離が一般的に使用されるが、提案された技術は、ＧＭＲブリッジから概して８μｍに位置する電線を有することを可能にする。
【００３６】
選択された磁気抵抗ブリッジの大きさ及び形態は、対象とされる用途に必要な仕様に適合する線形性を得られるようにする。
【００３７】
補足での長手方向バイアス磁場を使用することは、この線形性を更に改善できるようにする。この技術は、先行する特許出願公開（特許文献２）の対象となった。
【００３８】
トンネル磁気抵抗の使用は、非常に低い電力消費を有する形状を得ることを更に可能にする。
【００３９】
本発明は、発電機の電圧又は電流を測定する診断システムであって、電流を介して電圧を測定するか、又は同じ接続板上に集積された、以上で定義したような巨大磁気抵抗での電流を測定する複数のセンサを含む、少なくとも１つのハイブリッド測定モジュールと、前記複数のセンサによって送出される信号を受信する複数の増幅器を含む増幅モジュールと、多重化モジュールと、連結装置と、分離したデジタル処理モジュールとを含むことを特徴とするシステムにも関係する。
【００４０】
本発明の好適な特性によれば、ハイブリッド測定モジュールは、前記センサ接続板及び増幅モジュールを含む第１プリント回路と、多重化モジュールを含む第２プリント回路とを含み、信号交換トラックが、プリント回路の部片上に形成され、かつ第１及び第２プリント回路は、組み立てられ、成形され、かつプリント回路の部片上に形成され、かつ前記連結装置に接続される前記信号交換トラックに連結された入力−出力接続端子によってカプセル化される。
【００４１】
処理モジュールは、少なくとも１つの処理ユニットと、アナログ入力と、アナログ−デジタルコンバータとを含むことができ、オールオアナッシングタイプの入力−出力ＴＯＲ及びプリント回路は、アセンブリにハイブリッド測定モジュールと、処理モジュールとの間の連結を確実に得させる。
【００４２】
好ましい実施形態によれば、巨大磁気抵抗で電圧又は電流を測定する各集積化センサは、電圧又は電流を測定すべき発電機の個別のセルに接続する第１及び第２端子と、金属測定線とを含み、金属測定線は、測定線を閉鎖するための部分に連結された、電流が反対方向に循環する、第１及び第２の細長く、かつ平行な区間を含み、測定線のアセンブリは、ガルバニック絶縁層上に配置され、ガルバニック絶縁層自体は、巨大磁気抵抗ブリッジと、少なくとも１つのバイアス電圧接点Ｖｃｃ、接地接点、並びに差動出力電圧の陰極Ｖ−及び陽極Ｖ＋の接点と連結するトラックとを含む集積回路部分上に配置され、巨大磁気抵抗自体は、Ｃ字形を有し、測定線の細長い区間の一方に基本的に重ねられた磁気抵抗の高感度部分を構成する長手方向中央分岐を有する。
【００４３】
システムは、システム全体を再セットアップせずに電圧測定範囲を広げるために、発電機の各セルの測定点と、センサ接続板の対応する入力端子との間に配置される抵抗を更に含むことができる。
【００４４】
例として与えられる特殊な実施形態によれば、各接続板は、巨大磁気抵抗での電圧又は電流を測定する８つのセンサを含み、増幅モジュールは、同様に８つの増幅器を含み、かつ多重化モジュールは、３つの選択信号によって起動される７つの多重化基本セルを有する少なくとも３つのステージを含む。
【００４５】
初期偏りの補償回路は、各増幅器に結合され得る。
【００４６】
もう１つの特殊な特性によれば、浮動接地を決定するバイアス点の補償回路は、各増幅器に結合され得る。
【００４７】
本発明によるシステムは、好適には、０〜１．３Ｖの出力電圧を有する燃料電池の複数のセルを含む発電機、及び更に一般的には、−１．２Ｖ〜＋１．２Ｖの範囲に至り得る電圧を有する複数のセルを含むあらゆる発電機の電圧又は電流の測定に応用される。
【００４８】
提案された本発明は、先行技術の研究において解決されなかった、幾つもの重要な課題を解決できるようにする。
【００４９】
このようにして、システムのモジュール設計は、容易な実施を可能にし、多数の基本セルを有する発電機への適応を容易にし、かつ主にコネクタに由来する外部雑音源を最小限に抑える。
【００５０】
本発明は、完全に集積されたセンサを画定して、電線と、ＧＭＲ抵抗ブリッジとの間の高いガルバニック絶縁を有することも可能にする。ミリメートル台の距離が一般的に使用されるが、提案された技術は、ＧＭＲブリッジから概して８μｍに位置する電線を有することを可能にする。
【００５１】
選択された磁気抵抗ブリッジの大きさ及び形態は、対象とされる用途に必要な仕様に適合する線形性を得られるようにする。
【００５２】
本発明のこの固有の特性によれば、ＧＭＲ抵抗ブリッジからの、自動車用途に対する自動車バッテリのような外部供給源に由来する使用は、このブリッジに必要な計装ユニット、及び更に全体的としては、関連した処理モジュールの設計を簡易にする。
【００５３】
センサ及び電線の特殊な形状は、過度に高い過電圧、又は２ｋＶを超える静電放電の場合に、集積化電線が即席のヒューズの役目を果たし得ることになる、集積化ヒューズ機能を実施できるようにする。
【００５４】
本発明の他の特性及び利点は、添付図面を参照して、例として与えられる特殊な実施形態の以下の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＧＭＲ又はＴＭＲスピンバルブタイプの磁気抵抗センサの構成要素を例として示す略断面図である。
【図２】それぞれ形状の最適化なし及び最適化ありの、例えば図１のようなＧＭＲタイプのセンサの典型的な応答曲線を示す。
【図３】Ａ及びＢは、２つの実施応用例による接触を示すトンネル磁気抵抗の形状の概略図である。
【図４】本発明によるＧＭＲ、測定ブリッジ及び金属測定線を有する集積化センサの形状の可能である特殊な実施形態の概略図である。
【図５】図４の実施形態の集積化センサの電気回路の概略図である。
【図６】集積化ヒューズの機能を与える測定電線の実施応用例を有する本発明による集積化センサの部分図である。
【図７】ＧＭＲタイプの磁気抵抗センサを利用する複数の測定センサが集積された、測定接続板を示す略平面図である。
【図８】本発明による診断システムのアセンブリの原理の概観図である。
【図９】本発明の場合において使用できる増幅基本セルの例の図である。
【図１０】本発明の場合において使用できる多重化基本セルの例の図である。
【図１１】本発明の特殊な実施形態で使用できる多重化モジュールの例である。
【図１２】増幅基本セルの初期偏りの補償を示す回路の図である。
【図１３】中間点での補償を示す回路の図である。
【図１４】更に高いセルの電圧への適応を可能にする図８の概観図の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
巨大磁気抵抗のＧＭＲ（「Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ」）効果及びＴＭＲ（「Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｅｆｆｅｃｔ」）効果は、強磁性及び非強磁性体の層から構成される金属薄膜において観察される。磁場の存在下で、これらの構造の電気抵抗の大きな変動によって現れる。磁気抵抗の通常の形状は、（磁場に感度を有さない）硬質層及び磁場で回転自在である自由層から構成されるスピンバルブである。このシステムの抵抗は、硬質層と、自由層との間の角度に応じて変化する。ＧＭＲの場合に、両方の層は、金属層によって分離され、かつ測定接点は、層全体の上部に受けられる。ＴＭＲの場合に、両方の層は、絶縁層によって分離され、かつ測定接点は、層全体の下及び上に受けられる。
【００５７】
本発明の場合において使用されるセンサに関して、好ましい形状は、ブロック層の方向に垂直な自由層の磁場なしでの配向を有することである。このことは、一方でセンサの形を使用して、他方で制御されたバイアス磁場（「バイアス」）を適用して行われる。ブロック層の方向は、概して２６０℃かつ０．１Ｔで数分間の、強磁場での焼きなましによって得られる。
【００５８】
図１は、スピンバルブ構造を有し、かつ例えば特許文献３に記載されたＧＭＲタイプの磁気抵抗センサ１０を構成する、この薄膜組み立ての一代表例を示す。
【００５９】
スピンバルブは、概して硬質又はブロック層２２、すなわち外部磁場に対する感度が低い層と、磁場に対して高感度である軟質又は自由層２１とを含む。
【００６０】
硬質層２２は、強い保磁力を有する強磁性層の組み立てか、強磁性層に結合される、人工又は非人工の反強磁性層の混合で形成できる。
【００６１】
軟質層は、非常に軟質の磁性体で形成される。
【００６２】
例として、図１の磁気抵抗センサ１０は、自由表面から、タンタル製保護層１１と、ＮｉＦｅ層１２と、ＣｏＦｅ層１３とを含む軟質磁気層２１とを含むことができる。この軟質層２１は、外部磁界の方向に配向される。
【００６３】
硬質磁気層２２は、銅製分離層１４によって軟質層２１から分離される。硬質磁気層２２は、分離層１４から、ＣｏＦｅ層１５と、ＩｒＭｎ層１６とを含むことができる。硬質層２２は、製造の際に固定された磁化方向を持つ。タンタル層１７は、回路を利用するために加えられる上層の成長の前駆物質の役目を果たすことができる。
【００６４】
例として、図１のシートの組み立ては、約３０ｎｍの厚さを有することができ、他方でセル全体の寸法は、典型的に２００μｍ＊３０μｍ＊５μｍであっても良い。
【００６５】
非特許文献１で説明されるように、Ｃ字形のセンサの使用により、磁気ノイズを大きく減少させることが可能になる。その上、長手方向磁場の適用は、各ＧＭＲセンサの応答を完全に制御できるようにする。従って、確保されるのは、これらの最適化された形状である。
【００６６】
図２は、形及びバイアス磁場が、最適化されない場合（曲線Ａ）及び最適化される場合（曲線Ｂ）における、適用される場Ｈに応じたスピンバルブの典型的な応答（出力電圧）を示す。
【００６７】
図３Ａ及び図３Ｂは、トンネル磁気抵抗の測定の形状を示す。図３Ａは、唯一の磁気抵抗接触片７０を有する形状に対応し、他方で図３Ｂは、２つの磁気抵抗接触片７１、７２を有する形状に対応する実施形態を示す。２つの接触片を有する形状は、磁気抵抗の端子に許容可能な電圧を二倍にでき、かつ従って２倍の感度を有することができるので好適である。
【００６８】
図３Ａに、下部接点に対応するＴＭＲの自由層内のＣ字形のヨーク６１と、接触片７０のレベルで上部に位置するＴＭＲの第２測定接点６３とが見られる。
【００６９】
図３Ｂに、接点のないＴＭＲの自由層内のＣ字形のヨーク６２と、接触片７１のレベルで上部に位置するＴＭＲの第１測定接点６４と、接触片７２のレベルで上部に位置するＴＭＲの第２測定接点６３とが見られる。
【００７０】
図４及び図５は、個別のセンサ１１１〜１１８であっても良い、本発明によるセンサにおいて、ＧＭＲの集積化のために考慮される原理を示し、個別のセンサ自体は、図７に示すように接続板１００内に集積される。
【００７１】
本願の場合において、直流電圧Ｖｃｃと、接地との間での定電圧の供給源によって、バイアスが加えられる。ＧＭＲセル３０は、ブリッジに取り付けられた４つのＧＭＲ３１、３２、３３、３４を含む。ブリッジの各分岐の電流は、ＧＭＲの抵抗に比例し、従って場の存在下でのその変動に比例し、このことはセル電圧測定のまさに原理である。
【００７２】
図４は、４つのＧＭＲの完全なブリッジ３０と、ガルバニック絶縁層８と、電圧又は電流を測定する発電機に接続する第１及び第２端子１、２を有する金属測定線とを有するＧＭＲセルの例を表し、金属測定線は、第１及び第２の細長い区間４、５を含み、第１及び第２区間は、第１及び第２区間４、５に対して横方向に配置され、かつ測定線を閉鎖するためにある部分３に連結される。測定線３、４、５のアセンブリは、ガルバニック絶縁層８上に配置され、ガルバニック絶縁層自体は、巨大磁気抵抗のブリッジ３０と、少なくとも１つのバイアス電圧接点Ｖｃｃ４２、接地接点４１、並びに差動出力電圧の陰極Ｖｉｎ−及び陽極Ｖｉｎ＋の接点４３、４４と連結するトラック５２、５１、５３、５４とを含む検出集積回路部分の上に配置される。
【００７３】
巨大磁気抵抗３１、３２、３３、３４自体は、Ｃ字形を有し、金属測定線の前記細長い区間４、５の一方に基本的に重ねられた長手方向中央分岐を有する。全てのＧＭＲが、外部磁場に同じように応答し、それにより外部磁場摂動がブリッジの平衡を失わせないようになることに注目することが重要である。反対に、金属測定線は、反対方向の電流が巡るＧＭＲと位置合わせされた２つのセグメントを含むので、その作用は、反対であり、かつ従って金属測定線内の電流の出現が、ブリッジの不均衡を作る。
【００７４】
図４は、繰り返す寄生磁場（地球、環境等）から解放されて、最適な精度を保証するために本発明において利用されるようなブリッジの電気的組み立てを示す。図５は、ブリッジでの動作形態を示す。
【００７５】
ここでシステムの応答の計算に関する幾つかの考察を与える。
【００７６】
電池セル電圧ＶＰＩＬＥは、式Ｉｂｉａｓ＝Ｖｐｉｌｅ／Ｒｌｉｇｎｅ  ｄｅ  ｃｏｕｒａｎｔに従って、電流ＩＢＩＡＳを作る。
【００７７】
Ｉｂｉａｓから、ＧＭＲセンサによって見られる磁場を決定できる。次のように書き表される：Ｂ＝α.Ｉｂｉａｓ（式中、パラメータαは、ＧＭＲ抵抗の大きさ、電線の大きさ、及びＧＭＲ抵抗と、電線との間の距離によって決まる）。
【００７８】
感度は、ＧＭＲ抵抗ＲＧＭＲから決定される。第一近似として、磁場の存在下での抵抗変動ＡＲＧＭＲは、この磁場の線形関数である。変動は、概して次の通りである：
0005964299.tif 000002
（式中、Ｂは、ｍＴで表現される）。
【００７９】
図５に示すようなブリッジの取付の際に、差動出力電圧は、以上に与えた値から計算される。ＧＭＲ抵抗は、できるだけ均質であるように設計される。ＧＭＲ抵抗は、反対の磁場によって感度が高められ得るように、電線の上に配置される。このことにより、ブリッジの感度を向上でき、かつ環境寄生磁場（地球磁場等）を除去できるようになる。抵抗の変動ＲＧＭＲが、均質であり、かつΔＲＧＭＲに等しいと仮定すると、伝達方程式は、次のように書き表される：Ｖｉｎ＋−Ｖｉｎ−＝Ｖｃｃ＊ＡＲｇｍｒ／Ｒｇｍｒ
【００８０】
様々な伝達係数は、第一近似で線形か、又は準線形であるので、そこからＶｉｎ＋−Ｖｉｎ−が、電池セル電圧ＶＰＩＬＥに比例すると推論できる。
【００８１】
このトランスデューサによって送出される差動電圧は、低いままであり、かつ２つの主たるパラメータ、いかなる電圧も電池セルによって送出されない時のブリッジの分岐間の偏り（オフセットと呼ばれる）、及び電池セルの端子での電圧の存在から生じる磁場の存在下でトランスデューサの感度に由来する力学を特徴とする。
【００８２】
偏りは、ブリッジを形成する４つの抵抗の不均質性によって基本的に導入され、力学自体は、トランスデューサの材料技術に更に結び付けられる。
【００８３】
ＧＭＲセルの典型的な感度は、１．３Ｖの電圧に関してブリッジの端子で５０ｍＶである。１％よりも良好な線形性を有する。オフセットは、製造の質によって決まるが、好ましくは２０ｍＶ未満でなければならない。
【００８４】
センサの大きさ及び形の最適化後のシステム雑音は、主にＧＭＲ要素の低周波数雑音に関係する。直流から１００Ｈｚの周波数に及ぶ帯域に組み込まれた雑音は、概して５０ｎＶ  ＲＭＳであり、１．４ｐＶ  ＲＭＳの測定レベルで電圧雑音を与える。
【００８５】
ここでセンサの大きさ及び形の最適化原理を示す。
【００８６】
電圧が測定される燃料電池のセル、又は同じタイプの他のあらゆる発電機に接続された金属測定線３、４、５は、自動車用途に必要なガルバニック絶縁、すなわち１５００Ｖを保証するために最適化された絶縁層８によってＧＭＲ測定ブリッジ３０から分離される。
【００８７】
従ってブリッジ３０の供給は、安定化した外部源によって得ることができる。３．３Ｖ又は５Ｖの使用が、標準的電子回路との直接の適合性を有するためにしばしば使用される。
【００８８】
このセンサが、本発明の応用にとって根本的な２つの機能性を確保することに注目できる：
−  測定された燃料電池のセルの電圧に比例する値を直接与える、測定ブリッジ（Ｖｉｎ＋−Ｖｉｎ−）の従来の出力を利用して、トランスデューサの役割を確実に行うこと、
−  （先行技術の装置とは反対に、時間−周波数変換及びオプトカプラを例えば利用せねばならない、）１５００Ｖのガルバニック絶縁を保証するために、特定の信号条件付けステージを獲得連鎖に組み込むことを回避して、測定のできるだけ厳密なガルバニック絶縁を、確実に行うこと。
【００８９】
その上、金属測定線の設計は、測定セルのレベルでの過剰な電流の場合に、この電線が燃料電池セルを自動保護するヒューズ機能を確実に行う、図６に示され、かつ以下に記載する非常に好適な実施応用例に適する。
【００９０】
自動ヒューズ機能は、過電圧ピークによって作られる絶縁不足の場合にヒューズの役目を果たす少なくとも１つの収縮部又はマイクロ狭窄部６、７を測定線中に集積することによって確実に行われる。
【００９１】
接地からの供給線５１は、図４及び図６に示すように、金属線の下を通過する。この通過点に隣接して、金属線の細長い区間４、５は、接続端子１、２の方向で僅かに偏った収縮部６、７を含む。絶縁破壊及びそれ故に電池の供給源と、ブリッジ３０の低圧回路との間の連結の危険を開始する過電圧ピークの場合に、偏った収縮部６、７は、気化し、その場合に自動ヒューズの役目を果たした測定部品を絶縁する。
【００９２】
幾つかのパラメータは、線形性及び本発明による集積化センサに関して探求される力学を有するために最適な構造を定義できるようにする
【００９３】
ＧＭＲの大きさ及び形の最適化は、次の幾つもの基準に基づく：
−  ブリッジのアーム当たり約５００オームの探求される抵抗。ＧＭＲ積層の平方面積当たりの抵抗が、約１２オームであると知っているので、このことは、５μｍの幅に関して、約２００μｍのＧＭＲの長さを定める。ＴＭＲの場合に、接触片の面積が、抵抗を定める。同様に５００オームの抵抗が、対象とされる。
−  ＧＭＲ又はＴＭＲの幅が、好ましくは４μｍ〜８μｍから選択される。このことは、バイアス磁場の適用前に十分な応答線形性を確保するが、測定する電圧が更に高いならば、更に小さい幅を選択することが可能である。
−  磁気雑音が、測定領域で減少するように、磁気抵抗の形が、Ｃ字である（図３Ａ及び図３Ｂを参照）。
【００９４】
重要な点は、１％未満のブリッジオフセットを確実にしなければならないＧＭＲ製造の均質性である。
【００９５】
ＧＭＲ及びＴＭＲ磁気抵抗の固有の応答が、温度範囲に対して約８％の感度変動を有することに注目すべきである。この感度変動は、例えば長手方向安定化場が、所望の温度範囲において、同じ次元の場での減少を有する永久磁石によって作られるならば、長手方向安定化場の寸法を決めて補償できる。
【００９６】
電線の大きさ及び厚さの選択は、次の基準によって行われる；
−  金属測定線の抵抗は、１．５Ｖの電圧が、例えば２０ｍＡを送出するために調整されねばならない。このことは、７５オームの抵抗に対応する。バッテリから引き出される電流を最小限に抑え、かつ所望の分解能に対して十分な感度を残しながら、構成部品内で放散される電力を最小限に抑えるという基準に従って、５〜３０ｍＡの電流の値が好ましくは選択される。
−  線の抵抗は、その幅及びその厚さによって与えられる。好適には、磁気抵抗の幅に匹敵し、かつ磁気抵抗の幅よりも大きい線の幅が選択される。小さすぎる幅（３μｍ未満）は、抵抗の低い再現性を誘発する。大きすぎる幅は、センサの応答を損なう。４μｍ〜２０μｍの幅が、優先的に選択される。
【００９７】
所望の分解能は、磁気抵抗のブリッジ３０の雑音によって決定される。低周波では、磁気抵抗のブリッジは１／ｆのスペクトル密度を有する抵抗の揺らぎが支配的である。以上に定義した大きさ及び形の基準に従って設計したブリッジに関して、雑音は、約２５ｎＴ  ＲＭＳである。狭窄部の幅に等しい電線の幅、及び５μｍの絶縁の厚さにより、このことは、１０μＡの電流検出可能性に対応する。
【００９８】
ガルバニック絶縁層８の質及び平面性は、装置の性能における決定的な点である。層は、必要なガルバニック絶縁（１５００Ｖ〜３０００Ｖ）を確保するために十分に厚く、かつ外部世界への連結（接続端子１、２）及び測定線３、４、５の増加が実現可能であるために、十分に平坦でなければならない。
【００９９】
この絶縁体の集積化性を考慮すると、電線は、その一方の面に直接堆積され、かつＣ字形磁気抵抗は、他方の面に堆積され、その高感度部分は、直接向かい合って設置される。このようにして、ガルバニック絶縁は、支持体の材料の絶縁能力によって支持体の厚さを増大させて直接得られる。
【０１００】
例えば、非常に平坦かつ良好な誘電的挙動を持つ層を与える、好ましい実施形態において、アルゴン＋酸素の蒸気下での陰極微粉化によって堆積されるＡｌ２Ｏ３層を使用する。ガルバニック絶縁は、堆積される１μｍ当たり４００Ｖである。
【０１０１】
その上、「集積化ガルバニック絶縁」及び「８μｍ以下の厚さ」の二重の特性は、集積化を考慮すると、電線／磁気抵抗の距離も最大８μｍであるということになる。同様に、６μｍの支持体は、３２００Ｖの理論的絶縁、及び２０００Ｖを超える実際的な絶縁を確保する。この技術は、非常に良質な層を得られるようにするが、堆積時間が比較的長い。代替案は、同様に良好な結果を更に短い堆積時間と共に与える、他の技術、プラズマ促進気相蒸着システム又はＰＥＣＶＤ（「Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」）によってＡｌ２Ｏ３を堆積することからなる。
【０１０２】
硬化樹脂（例えばポリイミド、ＢＣＢ（ビスベンゾシクロテン））の堆積物、又はセラミック絶縁体（例えばＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３）の堆積物に基づく絶縁体支持体も検討できる。これらの材料の誘電特性及び支持体の厚さを知っていれば、その誘電的挙動が直ちに生じる。
【０１０３】
磁気抵抗に基づく電流センサの開発は、非常に総合的な、かつ匹敵するもののない分解能を有する解決法を検討できるようにする。特に、集積化ガルバニック絶縁は、１０μＡの分解能を達成できるようにし、他方で自動車分野に適した既存のセンサは、ｍＡ又は１０ｍＡの分野に位置し、かつ更には、自動ヒューズの機能の利用を可能にしない。
【０１０４】
本発明によれば、センサのＣ字形、及び電線／磁気抵抗のこの短い距離の組み合わせは、信号の雑音に対する比を極めて大きく改善する、２つの特性を決定し、かつその組み合わせは、特に好適である。その上、この集積化絶縁が、自動ヒューズを可能にすることをすでに以上において示した。
【０１０５】
更に一般的には、この集積化が、強い絶縁及び電線と、磁気抵抗との間の非常に短い距離を同時に得られるようにすることに注目できる。一見して矛盾するこれら２つの特性を両立させることによって、先行技術の実施よりも遙かに高いＳ／Ｎ（信号の雑音に対する）比が可能になる。
【０１０６】
自動車分野に応用されるようなＧＭＲ及びＴＭＲ技術は、特に次の利益を有する：
−  （概して１０ｍＶの）高い精度及び較正原理によって確実にされる正確さを有する、（正及び負の）電圧測定のために開発された技術、
−  本質的に電流測定を可能にする技術、
−  磁気抵抗によって本質的に確実に行われる電池診断装置の動作の確実性、
−  センサ自体によって確実に行われるガルバニック絶縁、
−  過電流の場合に、センサがヒューズの安全機能を確実に行う、
−  測定の精度：電流測定に専用の唯一の競合部品である、ホール効果を有するセンサと比較して弱い電流の測定に非常に適した技術、
−  技術のコンパクトさ、特に内蔵用途のための集積化が容易、
−  燃料電池に集積された部品を直接接続する可能性、
−  電磁気擾乱を伴う厳しい環境においても、測定の堅牢性、
−  大量生産を検討できるようにする非常に広い応用分野によってもたらされる、部分的に競合する技術に対して、製造コストが低いチップに集積化できる技術、
−  低いエネルギー消費（ブリッジ当たり＜１ｍＡ）、消費が必要に応じて調整できる、分極抵抗３内の電線の消費の範囲外、
−  電圧を測定する自律センサは、機能を実施するための付属部品を必要としない（外部電線、ケーブル等）、
−  応用範囲が、特に広範であり、かつ電気及びハイブリッド（熱／電気等）自動車が到来する自動車業界にとって興味深く、本発明によるセンサは、発電機の電流又は電圧のあらゆる測定に適する、
−  バッテリ充電又は超コンデンサの管理への応用、
−  燃料電池のセルの個別の電圧の監視、
−  電解槽への応用、
−  電流／電圧測定を必要とするあらゆる電気工学技術に関する計装／診断。
【０１０７】
上記の、図４に表したようなセンサの基本セルは、幾つかの測定手段を統合するために、同じ支持体上に複製できる。
【０１０８】
このようにして図７に、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）の測定センサ１１１〜１１８の８つの基本セルが集積された接続板１００を示した。８つのセルの数は、実用的であり、かつマイクロエレクトロニクス部品に類似した製造方法に適合するが、本発明は、当然にかかる数の基本セルに限定されない。
【０１０９】
例として、８つの測定基本セルを含む、図７の接続板は、４×１３ｍｍの面積を有しても良い。
【０１１０】
しかしながら接続板１００の実施に用いられる方法は、電池セルの電圧の不在下で同じＧＭＲセルの分岐間の偏り信号、及びこの偏りに影響を及ぼすセル間の分散の存在を明らかにしたが、電池セル上の電圧の存在下で測定された差動電圧の力学も明らかにした。
【０１１１】
これらのパラメータは、用いられる技術及びＧＭＲセルの製造方法によって決まる。
【０１１２】
標的となる用途のために、分岐の偏りに関して＋／−６０ｍＶ、及びＧＭＲセルの力学に関して＋／−８０ｍＶの数字を考慮に入れた。電圧Ｖ＋−Ｖ−は、このようにして平均して−１４０ｍＶ〜＋１４０ｍＶで変動し得る。
【０１１３】
これらのパラメータの安定化及び均質性は、トランスデューサが、電子部品に利用される工業的方法に匹敵する工業的方法によって製造されるならば改善できる。
【０１１４】
接続板１００は、非常に低い振幅のＧＭＲセルに由来するアナログ信号を利用できるようにする。従って、アナログ信号を、内蔵計算機４００に適合するデジタルデータに変換する前に、最低でも増幅２００及び多重化３００のような特殊なステージを加えることが必要である。
【０１１５】
図８の概観図は、これらの様々な機能ブロック１００、２００、３００及び４００を再び取り上げている。
【０１１６】
図８で、ＧＭＲセル１１１〜１１８、及びその関連した増幅モジュール２０１〜２０８を再編成する８つの構造からなるＧＭＲ接続板１００が見分けられる。
【０１１７】
第一近似で、８０ｍＶの力学が、０Ｖ〜１．３Ｖの電池セルの電圧変動に対応することが言える。そこから、電池セルの電圧と、１に近い比において匹敵する電圧を送出するために、増幅ステージ２００が有さねばならない約１０〜１５の利得を推論する。
【０１１８】
経路選択モジュール３００は、外部モジュール４００に向けた読み取りのために、出力経路４０１に対して接触板１００の８つの経路を多重化できるようにする。
【０１１９】
図９の電子図は、対応するＧＭＲセルによって送出される信号に適した計装増幅器Ｕ４からなる増幅セル（セル２０４、但し他のセル２０１〜２０３及び２０５〜２０８は、同様である）の例を示す（ここでセル１１４は、端子４Ｖｉｎ＋及び４Ｖｉｎ−によって増幅器Ｕ４に連結される）。この部品は、現在のＣＭＯＳ部品の通常の電圧範囲に従って機能する、すなわち考慮される部品に関して、単一電圧０〜３．３Ｖの供給源である。利得Ｇは、式Ｇ＝２＊Ｒ１１／Ｒ１０によって定義される。
【０１２０】
入力ＶＩＮ＋及びＶＩＮ−は、ＧＭＲ３０のブリッジの差動出力４４及び４３に対応する。
【０１２１】
信号ＡＭＰＬＩｘは、増幅セルによって増幅される信号である。ＡＭＰＬＩｘ＝Ｇ＊（ＶＩＮ＋−ＶＩＮ−）によって定義される。
【０１２２】
先行する増幅器（ここでは、図１０の第１多重化基本セルＵ２５の増幅器１１１及び１１２）によって送出される信号に適合する技術において選択される、図１０に示した多重化基本セルＵ２５は、２つの経路を１つの経路に向けて多重化する。このことは、図７及び図８のＧＭＲ接続板１００の８つの経路を読み取るために、選択モジュールが、４つの経路、次に２つの経路、次に１つの経路を選択できるようにする、３つのステージ（２＊＊３、８を与える）を含むことをほのめかしている。
【０１２３】
図１０及び図１１が示すように、信号Ｓ３は、第１多重化基本セルＵ２５に関して、選択された信号ＭＩに向けられた出力ＡＭＰＬＩ１及びＡＭＰＬＩ２を選択できるようにする。
【０１２４】
選択モジュール３００は、従ってここではステージの各々に作用する３つの選択信号Ｓｉによって起動される７つの多重化基本セルＵ２５〜Ｕ３１を含む（図１１）。
【０１２５】
信号Ｓ３は、８つの出力ＡＭＰＬＩｉの中で、第２ステージの入力を構成する４つの中間信号Ｍｊ（１≦ｊ≦４）を選択できるようにする。信号Ｓ２は、信号Ｍｊの中で、第３ステージの入力を構成する２つの中間信号Ｍｋ（５≦ｋ≦６）を選択できるようにする。信号Ｓ１は、信号Ｍｋの中で、外部モジュール４００に送信される出力ＡＭＰＬＩｉ（最終信号Ｍ７）を選択できるようにする。多重化基本セルＵ２５〜Ｕ２８は、このようにして第１ステージを構成し、多重化基本セルＵ２９及びＵ３０は、第２ステージを構成し、かつ多重化基本セルＵ３１は、第３ステージを構成する。
【０１２６】
この実施の応用例は、当初に偏りによって誘発された固有のドリフトを考慮することを可能にする。このように、図１２に示した特殊な実施形態によれば、補償信号ＣＯＭＰｉは、偏り（オフセット）の影響を減らす又は取り除くために、増幅された信号ＡＭＰＬＩｉに加えられる。
【０１２７】
この信号は、様々なモジュールＶＡＬＩＭの供給電圧か、外部信号であっても良い、式ＶＲＥＦ＊Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ’２）により信号ＶＲＥＦから回路１６２内で決定される。
【０１２８】
このように定義されたセルの利得は、式Ｇ＝２＊（Ｒ２／／Ｒ’２）／Ｒ１によって補正及び定義される。
【０１２９】
この原理は、ＶＲＥＦ、利得抵抗又は増幅器１６１の力学のようなパラメータを最も良好に調整するために使用されるトランスデューサ由来の偏りを相当な精度で知ることを必要とする。
【０１３０】
各接続板１００上に存在するＧＭＲのロットは、ある種の場合に各経路に関して平均補償値を見出すために遙かに高い分散を示し得る。
【０１３１】
この場合に、出力信号ＡＭＰＬＩｉがモジュールの共通接地に対してもはや参照されないが、図４及び図５のようなＧＭＲセルが入る測定ブリッジ（ホイートストンブリッジタイプ）１６３の中間点、又は中間点以外の他のバイアス点によって決定される、浮動接地に対して参照される、浮動接地を導入して、原理を広げることができるが、しかしながら中間点は、特に簡単な実施を可能にする。
【０１３２】
この実施形態は、図１３に示される。偏りの方向及び値は、もはや過度の制約がない。
【０１３３】
この動作形態を導入する態様は、遭遇する場の方向と無関係にＧＭＲの変動を測定できるようにする。このことにより、ＧＭＲがその配置に対して配向される位置決めから解放され得るが、電池セルに対して有効に適用される電圧からも解放され得るようになる。
【０１３４】
電池セルに対する負電圧の存在は、電池のある種の動作段階の間、特に多くの場合自動車用途において遭遇する、燃料電池の始動（反応体の供給）の際に現れることが、知られている。
【０１３５】
抵抗Ｒ２及びＲ’２は等しいので、補償の値ＣＯＭＰｉは、ＶＲＥＦ／２に固定され、ＶＲＥＦは、外部基準であるか、又は単に異なるモジュールの供給電圧Ｖｃｃであり得る。それに反して、利得は２で除される。
【０１３６】
仮定として、−６０ｍＶ〜＋６０ｍＶの偏り（オフセット）、及び−８０ｍＶ〜＋８０ｍＶの力学を取ると、−１４０ｍＶ〜＋１４０ｍＶのブリッジの信号偏移に到達する。ＶＲＥＦ＝ＶＣＣ＝３．３Ｖ（例として考慮され得る電子技術に共通の電圧）と考えるならば、増幅された信号の偏移は、１．６５に等しい。その場合、約１０〜１２の利得に近付くが、利得は更に高くても良く、例えば約３０であっても良い。
【０１３７】
本発明のもう１つの重要な態様は、センサ、特に８つの経路を再編成する接続板１００の小型化に関する。
【０１３８】
図８に示される様々な部品のカプセル化されたハイブリッドシステム又はＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ  システムインパッケージ）の形での集積化は、第１の技術的小型化ステップである。プリント回路の積層による三次元設計技術を使用し、信号交換は、部片上で行われる。
【０１３９】
このようにして、ＧＭＲ接続板１００と、計装増幅器２０１〜２０８とを含む第１プリント回路を実施する。信号トラックの再編成を部片上で行う。切り取られたプリント回路は、金色の枠内に組み入れられる。
【０１４０】
次に（図１１のモジュールＵ２５〜Ｕ３１のような）マルチプレクサ３００を含む第２プリント回路を実施する。ここでも、信号トラックの再編成が部片上で行われる。切り取られたプリント回路は、同様に金色の枠内に組み入れられる。
【０１４１】
これら２つのプリント回路は、次に組み立てられ、次に成形され、かつカプセル化される。部片上の信号のトラックは、次に図８の連結装置４０１、４０２を構成する入力−出力ピンに連結される。
【０１４２】
かかる実施は、接続板１００の最も近くに計装を配置することを可能にし、主にコネクタに由来する外部雑音源を最小限に抑える。
【０１４３】
このようにして、（計装された８つのＧＭＲセルを有する接続板１００の考慮された場合のために）８つの電池セルに連結される用意のできたカプセル化されたハイブリッドシステムを利用する。
【０１４４】
このカプセル化されたハイブリッドシステムは、当然に燃料電池又は複数のセルを含む他のあらゆる発電機の検査にも及び得る。
【０１４５】
特にこのことは、１秒当たり少なくとも２回変化を知る必要がある、例えば１２０のセルを含み得る電池に応用できる。
【０１４６】
ＧＭＲ接続板の製造に使用される技術は、更に古典的な電子部品の製造に使用される技術と類似している。従って、ＳｉＰの他の部品が、離散的部品であるので、この分野を専門とする企業にとって、いかなる大きな困難も示さない小さなシリーズのハイブリッドシステムの製造を、接続板のロットの許容可能な、かつ較正活動によって修正可能な分散により、整えることが可能である。
【０１４７】
例として、一群の１５のハイブリッドシステムは、燃料電池の１２０の経路をカバーするために支持カードＰＣＢ上に設計及び設置された。
【０１４８】
電子機器の一部は、図８の原理の概説図によりこれらの制約を考慮に入れて、この場合様々なシステムの間で相互的にされうる。
【０１４９】
ハイブリッドシステムとのデータ交換を確実に行う処理モジュール４００は、図８に示され、かつ少なくとも次のものを含む：
処理ユニット４０５、
ＴＯＲタイプ入力−出力４０４、
アナログ入力、
アナログ−デジタルコンバータ４０３、
場合により離れている実体に向けた通信ユニット、例えばＣＡＮプロトコルでの通信が、自動車用途の場合に可能である、
ハイブリッドシステムと、処理ユニットとの間の連結をアセンブリに対して確実に行う多層プリント回路。
【０１５０】
処理システム４００の設置のために考慮される部品は、例えば２つのアナログデジタルコンバータを利用しても良く、かつ各ハイブリッドシステムの要素（すなわち１５経路）のほぼ同時の変換を確実に行う。
【０１５１】
簡素化された動作原理は、次の通りである：
オンデマンドの３つ組の入力−出力＜Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３＞、
接続板による信号ＡＭＰＬＩｉ（従ってＧＭＲセル、従って電池セルによって送出される電圧）の選択。従って部品の様々なコンバータ上には、１５の信号が存在する。
【０１５２】
存在する１５の信号のＣＡ／Ｎ４０３による読み取り及びアナログ−デジタル変換；
変換された値の保存；
データ全体に対する処理ソフトウェアの適用；
読み取られ、かつ処理された１２０の値を再編成するフレームの形成；
ＣＡＮバス上のフレームの送信。
【０１５３】
抵抗ブリッジ又はＧＭＲ接続板の電線の連続した分散は、各経路の較正を行いながら補正され得る。
【０１５４】
このために、各セルは、特定された電圧範囲（典型的には−１．２〜＋１．２Ｖ）における基準電圧源によってエミュレートされる。ＧＭＲの応答は、準線形なので、理論上、電圧測定範囲の端部で取られる、ＧＭＲセルによる２つのキャリブレーション点で十分である。
【０１５５】
実際上、分散を考慮に入れるが、特に初期の偏りを考慮に入れて、７点が、使用された。このことにより、観測される測定点の線形性を洗練させ、かつ非線形（飽和）領域を除去できるようになった。
【０１５６】
−２０℃〜８０℃の範囲で温度に関連した低い分散を組み入れて最適化することもできる。
【０１５７】
ＧＭＲが線形領域で作動することを考慮すると、較正は、幾つもの対「ＧＭＲセルに適用される電圧ＶＣＥＬＬ、アナログ／デジタルコンバータによって変換される２進値ＶＢＩＮ」の測定からなる。
【０１５８】
線形外挿法により、これらの測定に対応する係数Ａｉ及びＢｉを計算する。
【０１５９】
式は、次のように書き表せる：ＶＣＥＬＬｉ＝ＡＩ＊ＶＢＩＮＩ＋Ｂｉ（ＶＣＥＬＬＩとは、復元した電圧値が呼ばれる）。
【０１６０】
１２０の係数Ａｉ及びＢｉを再編成する表が作成される。表は次に、処理ソフトウェアに書き込まれる、すなわち外部ファイルに写し直され、処理ソフトウェアによって読み取られる。
【０１６１】
処理ソフトウェアは、この計算を行い、かつ従って復元された電池セルの電圧を送出する。対象とされる用途に応じて、他の処理が、復元された（平均化、閾値化等）これらのデータに適用でき、セルの状態に関する診断及びその老朽化を測定するための検査を可能にする。
【０１６２】
これらの様々な処理は、結果の様々なフレームの発生に至ることがあり（データは、セルの状態、復元された電圧等）、結果の様々なフレームは、次にＣＡＮポートから車両の点検−制御に向けて発信される。
【０１６３】
以上に示した応用は、負電圧の読み取りを可能にしながら、０〜＋１．２Ｖの燃料電池から生じた電圧の測定を可能にする。
【０１６４】
例えばバッテリセルの電圧のような、３．６Ｖ周辺、更にはそれ以上（６Ｖ）での更に高いセル電圧の読み取りは、これらのハイブリッドシステムを用いて直接可能ではない。ＧＭＲセルに関して考慮される技術が、老朽化加速、更には破壊の重大な危険なしに、許可しないからである。
【０１６５】
これらのレベルの電圧に対応するために、簡易かつ機能的なアプローチが、ハイブリッドシステムに適用され得る。適した抵抗１２１〜１２８が、図１４に示すように、電池電圧の測定点と、ハイブリッドシステムの対応する入力との間に挿入される。電線の抵抗によりディバイダを抵抗性にする。入力ブリッジのこの抵抗の選択は、当然に電池又はバッテリのセルによって送出される測定範囲に適している。いずれにせよ、抵抗の選択は、（１．２Ｖで最大２０ｍＡの最大分流電流、すなわち５０オーム周辺から定義される）線の抵抗、ハイブリッドシステムに関して期待される全体的感度、及び（チップの外であるものの）抵抗が作り出す熱放散を考慮に入れる。
【０１６６】
当然に、電線を測定された電圧に適応させて、再定義もできるが、このことは、電圧測定範囲に専用のＳＩＰ部品を製作することをほのめかしており、部品の設計において、この状況でチップ内部の全体的な熱放散を考慮に入れる必要であろう。図１４の実施形態は、反対に同じ基本ハイブリッドモジュールを保持し、かつ更に高い電池電圧のレベルに、容易に適応させることを可能にする。
【０１６７】
ＧＭＲ磁気抵抗に基づく電流センサの開発により、非常に総合的、かつ匹敵するもののない分解能を有する解決法を検討できるようになる。知られている実施が、ｍＡ、又は１０ｍＡの分野にさえ位置するが、集積化ガルバニック絶縁は、１０μＡの分解能に達することを可能にし、かつ自動ヒューズ機能は、本発明によって実施され得る好適な特性である。
【０１６８】
最後に、アドレス復号と多重化を共有する幾つもの経路の、増幅部分の同じモジュール内への集積は、同様に既存のシステムに対する重大な改善である。
【０１６９】
本発明の場合において条件付けされたようなＧＭＲ技術は、ＧＭＲ及びＴＭＲ技術を参照して、以上ですでに列挙されたもの全てに加えて、特に次の利益を特に有する：
−  燃料電池（ＰＡＣ）システムの監視並びにＰＡＣシステムの点検制御の最適化及び安全化を可能にする電圧測定カード、
−  本発明の重要な用途として、対象とされる自動車用途のためのＣＡＮネットワークを通して計算機アセンブリによってアクセス可能な知的センサを電池に与えることを可能にするシステム、
−  ＧＭＲ電子部品のモジュラリティ（１つのＳｉＰ  ＧＭＲは、８つの電圧測定を確実に行う８つのＧＭＲブリッジ（セル）を含む）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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