(57)【要約】  集積多重目的センサが示されている。本発明の一つの実施の形態における多重目的センサは、二つの出力測定を提供する全ホイートストン・ブリッジまたは半ホイートストンを含む。特に、ホイート・ストン・ブリッジは、温度センサ読みおよび磁気センサ読みを決定するために利用される二つの出力を提供する。
2005514611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一の出力及び第二の出力を備える検出デバイスであって、前記第一の出力および前記第二の出力は、磁界センサ読み及び温度センサ読みを提供するように適用し得ることを特徴とする、検出デバイス。
【請求項２】
前記検出デバイスは、（ｉ）半ホイートストン・ブリッジ構成を有する検出デバイス及び（ｉｉ）ホイートストン・ブリッジ構成を有する検出デバイスからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項３】
前記検出デバイスは、少なくとも第一の磁気抵抗素子及び第二の磁気抵抗素子を備えることを特徴とする、請求項２に記載の検出デバイス。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子は、（ｉ）異方性磁気抵抗素子及び（ｉｉ）巨大磁気抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項５】
前記第一の磁気抵抗素子は、電源に結合されていることを特徴とする、請求項３に記載の検出デバイス。
【請求項６】
前記電源は、（ｉ）前記検出デバイス内に備えられた電源及び（ｉｉ）前記検出デバイスの外部の電源からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項５に記載の検出デバイス。
【請求項７】
前記電源は、前記第一の磁気抵抗素子に結合された一定の電流源を備えることを特徴とする、請求項５に記載の検出デバイス。
【請求項８】
前記電源は、抵抗素子を介して前記第一の磁気抵抗素子に結合された一定の電圧源を備え、前記第二の出力は前記抵抗素子を渡して測定されることを特徴とする、請求項５に記載の検出デバイス。
【請求項９】
前記抵抗素子は（ｉ）検出デバイスに備えられる抵抗素子及び（ｉｉ）外部の抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項８に記載の検出デバイス。
【請求項１０】
前記第二の出力を提供するように適用可能な金属構造をさらに備える、請求項１に記載の検出デバイス。
【請求項１１】
前記金属構造は、（ｉ）セット／リセット・ストラップ、及び（ｉｉ）オフセット・ストラップからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１０に記載の検出デバイス。
【請求項１２】
前記金属構造は、第一の検出端子及び第二の検出端子に結合され、前記第一の検出端子は一定の電流源に結合され、前記温度センサの読みの出力は、前記第一の検出端子及び前記第二の検出端子を渡して測定されることを特徴とする、請求項１０に記載の検出デバイス。
【請求項１３】
前記金属構造は、第一の検出端子及び第二の検出端子に結合されており、前記第一の検出端子は抵抗素子を介して一定の電圧源に結合されており、前記金属構造は前記温度センサ読みを提供するために二つの出力測定を提供することを特徴とする、請求項１０に記載の検出デバイス。
【請求項１４】
前記抵抗素子は、（ｉ）前記検出デバイス内に備えられた抵抗素子及び（ｉｉ）外部抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１３に記載の検出デバイス。
【請求項１５】
少なくとも第一の磁気抵抗素子及び第二の磁気抵抗素子を備え、各磁気抵抗素子は第一の検出端子及び第二の検出端子を有し、前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子は、前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合されており、前記検出デバイスは少なくとも二つの出力測定を提供するように適応可能であり、前記少なくとも二つの出力測定は二つの検出パラメータを提供するように適用可能であることを特徴とする、集積多重目的検出デバイス。
【請求項１６】
前記第一の磁気抵抗素子は電源に結合されることを特徴とする、請求項１５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項１７】
前記電源は、（ｉ）前記多重目的検出デバイス内に備えられた内部電源、及び（ｉｉ）外部電源からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１６に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項１８】
前記集積多重目的検出デバイスは、（ｉ）半ホイートストン・ブリッジ構成を有する多重目的検出デバイス及び（ｉｉ）全ホイートストン・ブリッジ構成を有する多重目的検出デバイスからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項１９】
前記電源は、少なくとも第一の磁気抵抗素子及び第二の磁気抵抗素子を通過する一定の電流を提供する電流源を備え、第一の出力は前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子及び前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子の間で測定され、第二の出力は、前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子及び前記第二の磁気抵抗素子に関連した第二の検出端子の間で測定されることを特徴とする、請求項１６に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２０】
前記二つのパラメータは、温度センサ読み及び磁気センサ読みを含み、前記温度センサ読みは、前記第二の出力を使用して決定され、前記磁気センサ読みは前記第一の出力を使用して決定されることを特徴とする、請求項１５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２１】
前記磁気センサ読みは、前記第一の出力及び第二の出力を使用して決定されることを特徴とする、請求項２０に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２２】
前記電源は、抵抗素子を介して前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合される電圧源を含み、第一の出力は前記第一の磁気抵抗素子に関連した第二の検出端子及び前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子の間で測定され、第二の出力は前記抵抗素子を渡して測定されることを特徴とする、請求項１６に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２３】
前記抵抗素子は、（ｉ）前記集積多重目的検出デバイス内に備えられた抵抗素子、及び（ｉｉ）外部抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項２２に記載の多重目的検出デバイス。
【請求項２４】
前記二つのパラメータは、温度センサ読み及び磁気センサ読みを備え、前記温度センサ読みは前記第二の出力を使用して決定され、前記磁気センサ読みは前記第一の出力測定及び前記第二の出力測定を使用して決定されることを特徴とする、請求項２２に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２５】
温度センサ読みのための出力測定を提供するように適用し得る金属構造をさらに備えることを特徴とする、請求項１５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２６】
前記金属構造は、（ｉ）セット／リセット・ストラップ、（ｉｉ）オフセット・ストラップからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項２５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２７】
前記少なくとも第一の磁気抵抗素子及び第二の磁気抵抗素子は、（ｉ）異方性磁気抵抗素子、及び（ｉｉ）巨大磁気抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項２８】
第一の磁気抵抗素子、第二の磁気抵抗素子、第三の磁気抵抗素子、第四の磁気抵抗素子を備え、各磁気抵抗素子は、第一の検出端子及び第二の検出端子を含み、前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子は、前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合されており、前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子は、前記第三の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合されており、前記第四の磁気抵抗素子に関連した前記第二の端子は、前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合されており、前記検出デバイスは少なくとも二つの出力を提供するように適応可能であり、前記少なくとも二つの出力は二つのパラメータを決定するために利用されることを特徴とする、集積多重目的検出デバイス。
【請求項２９】
前記第一の検出端子は、電源に結合されていることを特徴とする、請求項２８に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３０】
前記電源は、（ｉ）前記集積多重目的検出デバイス内に備えられた電源、（ｉｉ）外部電源からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項２９に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３１】
前記電源は、前記磁気抵抗素子を通過する一定の電流を提供する電流源を備え、第一の出力は前記第三の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子及び前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子の間で測定され、前記第二の出力は、前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子及び前記第二の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子の間で測定されることを特徴とする、請求項２９に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３２】
前記二つのパラメータは温度センサ読み及び磁気センサ読みを含み、前記温度センサ読みは、前記第二の出力測定を使用して決定され、前記磁気センサ読みは前記第一の出力測定及び前記第二の出力測定を使用して決定されることを特徴とする、請求項３１に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３３】
前記電源は、抵抗素子を介して前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第一の検出端子に結合される電源を含み、第一の出力は前記第三の磁気抵抗素子に関連した第二の検出端子及び前記第一の磁気抵抗素子に関連した前記第二の検出端子の間で測定され、第二の出力は前記抵抗素子を渡して測定されることを特徴とする、請求項２９に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３４】
前記抵抗素子は、（ｉ）前記集積多重目的検出デバイスに備えられた抵抗素子、及び（ｉｉ）外部抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項３３に記載の多重目的検出デバイス。
【請求項３５】
前記少なくとも二つのパラメータは、温度センサ読み及び磁気センサ読みを備え、温度センサ読みは前記第二の出力測定を使用して決定され、前記磁気センサ読みは前記第一の出力測定及び前記第二の出力測定を使用して決定される、請求項３３に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３６】
前記二つのパラメータは、温度センサ読み及び磁気センサ読みを備え、前記集積多重目的検出デバイスはさらに温度センサ読みを提供するように適用し得る金属構造をさらに備えることを特徴とする、請求項２９に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３７】
前記金属構造は、（ｉ）セット／リセット・ストラップ、（ｉｉ）オフセット・ストラップからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項３６に記載の集積多重目的検出デバイス。
【請求項３８】
前記磁気抵抗素子は、（ｉ）異方性磁気抵抗素子、及び（ｉｉ）巨大磁気抵抗素子からなるグループから選択されることを特徴とする、請求項２９に記載の集積多重目的検出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、磁界センサに関する。さらに詳細には、本発明は、磁気抵抗センサを多重目的センサとして使用することに関連する。
【背景技術】
【０００２】
磁界を測定することを必要とする多くの応用がある。そのような応用の中には、例えば、医療、研究室及び電子的な計器と同様に、磁気コンパス、交通検出、ナビゲーション・システムがある。
【０００３】
そのような応用はしばしば小さな磁界及びそれらの摂動を検出することが出来る磁気抵抗（「ＭＲ」）センサを利用する。磁気センサはしばしば集積回路製造技術を使用して形成され、シリコン・ウエハ、又は他のタイプの基板上にデポジットされ、抵抗性ストリップとしてパターン化される、ニッケル・イオン（パーマロイ）膜から構成される。電流が磁気抵抗センサに印加された場合、ストリップの抵抗は磁界と印加された電流の方向との間の角度に依存し、磁界と電流が平行になった時に最大になる。パーマロイ膜が、外部磁界を受ける場合には、磁界は磁気に影響を与え、それを回転させ、従って膜の抵抗を変化させる。典型的には、磁界の回転による抵抗の最大変化は、公称抵抗の２〜３パーセントである。
【０００４】
製造の間、容易軸（ｅａｓｙ  ａｘｉｓ磁界の好ましい方向）は、パーマロイ膜内で、印加される磁界に対する抵抗の変化が最大になるように、膜の長さに沿った一方向に設定される。しかし、容易軸に沿った強い磁界の影響により、膜の磁気の極性が回転し、よセンサー特性を変化させる可能性があり得る。そのような変化に引き続き、典型的には、強い復元磁界（ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ）がセンサの特性を復元する又はセットするために印加される。特定の設計において、センサのセッティングをリセットするために、大きな外部磁石が配列され得る。しかし、そのような実現は、磁気抵抗センサが既にシステムにパッケージされている場合には適しえない。特に、いくつかの応用においては、単一のパッケージ内におけるいくつかのセンサが反対方向に磁化されることを必要とする。そのような応用では、大きな外部磁石を使用する代わりに、個別をコイルが各センサの周囲に巻きつけて、センサの特性をリセットし得る。代替的に、セット‐リセット・ストラップおよびオフセット・ストラップとしても知られている電流ストラップが、センサの特性を復元するために使用されうる。磁界検出デバイスにおける電流ストラップの使用は、現出願の譲受人と同じ譲受人に譲渡された、Ｂｈａｒａｔ  Ｂ．Ｐａｎｔへの米国特許Ｎｏ．５２４７，２７８に議論されている。米国特許Ｎｏ．５２４７，２７８は、参考としてここに充分組み込まれている。
【０００５】
磁気抵抗センサに加えて、巨大磁気抵抗（「ＧＭＲ」）センサが、比較的小さな磁界の測定を必要とする多くの応用においてしばしば使用される。磁気抵抗センサとは異なり、ＧＭＲセンサは、基板上にデポジットされる多層膜から構成されており、磁気抵抗は、二つの隣接層の間の磁化の相対的な角度の結果として生じ、電流の方向は典型的には何の役割も演じない。シリコン基板、又は任意の他の基板上にデポジットされる薄膜ＧＭＲ材料は、抵抗、抵抗のペア、半ブリッジ、又はホイートストン・ブリッジとして構成され得る。磁気抵抗センサとは異なり、しばしばＧＭＲセンサは、その構成にセット‐リセット・ストラップを利用しない。
【０００６】
半導体デバイス又は液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）などの多くの電子的構成要素は、コンパス又は衛星航法システム（ＧＰＳ）の製品などの消費製品およびリクリエーション製品と同様、高温又は低温にさらされることによりダメージを受けうる。従って、温度限界を超えた場合には、そのような構成要素を、故障又は機能不全から保護する必要がある。温度検出素子を含むシステムにおいては、温度センサは、システムの構成要素の信頼性を維持する役割を果たす。
【０００７】
多くの温度検出技術が現在使用されているが、最も一般的に使用されている温度センサには、抵抗温度検出器（「ＲＴＤ」）、熱電対及びセンサ集積回路（「ＩＣ」）が含まれる。抵抗温度センサは、抵抗が温度と共に変化する検出素子を利用している。例えば、白金抵抗温度検出器は、基板上にデポジットされた白金膜の周囲に巻き付けられる白金ワイヤ・コイルからなる。他方、熱電対は二つの異なる金属からなる二つのワイヤ接合から構成されている。最後に、シリコンセンサは、典型的には、センサを包囲しているパッケージ内に広がりを持った処理回路を含む集積回路である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
センサを使用が増えるにつれて、非常に多くの消費製品また工業製品に温度センサ及び磁気センサの組み合わせることが必要とされている。不運にもサイズ、コスト及び他の制限があるため、しばしば製品に含まれる所望の様々なセンサの間で妥協がなされなくてはならない。従って、低コストの、多重目的センサが明らかに必要性とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
集積多重目的検出デバイスのためのシステムおよび方法が説明されている。
【００１０】
集積多重目的検出デバイスの一つの実施の形態において、少なくとも第一の磁気抵抗素子及び第二の磁気抵抗素子が含まれ、各磁気抵抗素子は第一の検出端子と第二の検出端子とを持っている。例示的な実施の形態によると、第一の磁気抵抗素子に関連した第二の検出端子は、第二の磁気抵抗素子に関連した第一の検出端子と結合されている。第一の検出素子と関連した第一の検出端子は、さらに電源に結合されている。例示的な実施の形態に従えば、集積多重目的検出デバイスは、温度センサ読み及び磁気センサ読みを決定するために使用される二つの出力測定を提供するように適用可能である。
【００１１】
これら及び本発明の他の側面及び利点は同様に、添付している図面の適した部分を参照して、以下の詳細な説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。本発明の例示的な実施の形態は、図面を参照して以下に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一つの実施の形態に従って使用され得るセンサ１００を示す電気概略図である。センサ１００は、ホイートストン・ブリッジ構成に配列された４つの磁気抵抗素子１０２、１０４、１０６、１０８を含んでいる。図１に示されるように、磁気抵抗素子は、検出端子１１０、１１２、１１６および１１８により分けられる。電圧源などの、ブリッジ電源を検出端子１１０と１１６との間に印加すると、ブリッジ出力は端子１１２と１１８の間に測定され得る。一つの実施の形態においては、センサは同じ抵抗Ｒを有する４つの磁気抵抗素子からなり、ブリッジ電源電圧により磁気抵抗素子を通って電流が流れる。印加される磁界の存在により、対向して配列された二つの磁気抵抗素子の磁気は電流の方向に回転させられ、結果として抵抗Ｒが増加する。例えば、磁気抵抗素子１０４、１０８の抵抗はＲ＋ΔＲに増加し得る。そのような実施の形態においては、残りの対向して配列された磁気抵抗素子１０２および１０６の磁気は、電流から離れるように回転し、結果として素子１０２と１０６の抵抗をΔＲ減少させる。
【００１３】
図２は、一つの例示的な実施の形態に従った、ホイートストン・ブリッジ・センサとして利用され得る集積回路２００のレイアウトを描いている。集積回路２００は、基板２０２、検出構造２０４、検出端子２０６、２０８、２１０、２１２及び２１４を含んでいる。検出構造２０４は、図１に示すホイートストン・ブリッジ１００などの抵抗ブリッジとして構成され得る。図２は、セット‐リセット・ストラップ２１６及びオフセット・ストラップ２１８をさらに示している。さらに図２は、セット‐リセット・ストラップ２１６及びオフセット端子２２４、２２６を示している。充分な大きさの電流がセット‐リセット端子２２０及び２２２の間及びセット‐リセット・ストラップ２１６を通して流れるとき、セット‐リセット・ストラップ２１６の周りに生じた磁束により検出構造２０４が単一の磁気領域にリセットされる。検出構造の磁気領域を好適な軸に傾けることにより、高感度で繰り返し可能な出力特性を考慮したベースライン状態が確立される。図２に示されるセット‐リセット・ストラップ２１６は、「渦巻き」パターンに配列されている。しかし、他の形状、例えば蛇状、Ｓ形状、Ｖ形状、ジグザグ形状、これらの組み合わせ、つまりストラップ又はストラップの束がカーブされ又は角度がつけられる形をさらに使用し得る。
【００１４】
電流がオフセット端子２２４からオフセット端子２２６へ流れる時、バックグランドの磁界を補償するよう、検出構造２０４を傾けることができる。そうすることで、オスセット・ストラップ２１８の電流は、検出構造２０４の長軸に垂直な磁束を生成し得る。電流がオフセット・ストラップ２１８を固定方向に流れる場合、検出構造の素子は同じ方向に傾けられ得る。オフセット・ストラップ２１８は検出構造２０４の異なる素子を異なる方向に傾けるように構成され得る。オフセット・ストラップ２１８の様々な更なる使用はＰａｎｔへの米国特許５、２４７，２７８に議論されている。
【００１５】
例示に従うと、ホイートストン・ブリッジ構造を持つ検出デバイス又は半ホイートストン・ブリッジ構造を持つ検出デバイスなどの検出デバイスは、温度センサ読み及び磁界センサ読みを決定するために利用される第一の出力及び第二の出力を含む複数の出力を提供する。以下のはその実施の形態が記述される。
【００１６】
図３は、一つの例示的な実施の形態に従った多重目的センサ３００を示す電気的概略図である。図１の概略図と同様に、図３は、４つの磁気抵抗素子３０２、３０４、３０６、３０８を有する全ホイートストン・ブリッジに配列された多重目的センサ３００を示している。例示的な実施の形態に従うと、磁気抵抗素子３０４及び３０８の抵抗は印加される磁界の存在によりＲ＋ΔＲに増加し、磁気抵抗素子３０２及び３０６の抵抗はＲ−ΔＲに減少する。各抵抗素子は、第一の検出端子及び第二の検出端子を含んでいる。巨大磁気抵抗素子が例示的な実施の形態においてさらに使用可能であり、例示的な実施の形態は磁気抵抗素子に限定されるものでないことを理解すべきである。さらに図３に示される例示的な実施の形態に従うと、多重目的センサは４つの検出端子３１０、３１２、３１４及び３１６を含んでいる。検出端子３１０、３１２、３１４及び３１６は、素子３０２に関連した第二の検出端子を素子３０４に関連した第一の検出端子に結合し、素子３０４に関連した第二の検出端子を素子３０６に関連した第一の検出端子に結合し、素子３０６に関連した第二の検出端子を素子３０８に関連した第一の検出端子に結合し、さらに素子３０８に関連した第二の検出端子を素子３０２に関連した第一の検出端子に結合することにより形成される。
【００１７】
図３に示すように、検出端子３１０は、電源３１８に結合されている。特に、電源３１８は、一定の直流電流をセンサ３００に供給する電流源を含んでいる。図３に示す電源３１８、及び後続の図面に示される任意の電源は、センサ内に集積される内部電源又は外部電源であり得る。例示的な実施の形態によれば、センサ３００は、多重目的線センサ読みを決定するために利用される二つの出力測定を提供する。例示的な実施の形態に従うと、センサ３００は、マルチ目的センサ読みを決定するために利用される二つの出力測定を提供する。特に、多重目的センサ読みは、磁気センサ読みおよび温度センサ読みを含む。
【００１８】
図３に示す実施の形態では、第一の電圧測定（「Ｖｏｕｔ１」）は、検出端子３１６と３１２を渡して行われる。Ｖｏｕｔ１は磁気センサ読みを提供する。「Ｉ」が、電流源３１８により供給される一定の電流であり、「ΔＲ」を磁気抵抗とし、「Ｓ」を磁気抵抗率に関連したブリッジ感度とし、「Ｈ」を図３に示される方向に印加される外部磁界であるとすると、第一の出力電圧は以下の方程式に従って計算され得る。
【００１９】
Ｖｏｕｔ１＝Ｉ×ΔＲ＝Ｉ×Ｒ×Ｓ×Ｈ                        （方程式１）
つまり、Ｖｏｕｔ１＝Ｖｏｕｔ２×Ｓ×Ｈ                              （方程式２）
例示的な実施の形態に従うと、Ｖｏｕｔ１の値が、磁界を決定するために使用される。特に、Vout1に対する方程式を使用すると、磁界は方程式３又は方程式４に従って計算され得る。
【００２０】
Ｈ＝Ｖｏｕｔ１／（Ｉ×Ｒ×Ｓ）                              （方程式３）
Ｈ＝Ｖｏｕｔ１／（Ｖｏｕｔ２×Ｓ）                          （方程式４）
再び図３を参照すると、第二の電圧測定（「Ｖｏｕｔ２」）は、検出端子３１０及び３１４を渡して行われ、Ｖｏｕｔ２の値は温度センサ読みを決定するために利用される。例示的な実施の形態に従うと、多重目的センサとして利用される磁気抵抗又は巨大磁気抵抗材料は、比較的大きな、実質的に線形の温度係数を有する。従って、温度センサ読みは抵抗の値を測定することによって決定され得る。磁気センサ計算と同様に、「Ｉ」が電流源３１８により供給される一定の電流であり、「Ｒ０」がゼロ温度でのブリッジ抵抗であり、「Ｃ」は一定であり、「Ｔ」は温度センサにより測定される温度であると仮定すると、Ｖｏｕｔ２は以下の方程式を使用して計算され得る。
【００２１】
Ｖｏｕｔ２＝Ｉ×Ｒ＝Ｉ×Ｒ０×（Ｉ＋Ｃ×Ｔ）＝I×Ｒ０＋Ｉ×Ｒ０×Ｃ×Ｔ
（方程式５）
Ｖｏｕｔ１に対する方程式１及び方程式２を参照して説明される磁界変換と同様に、Ｖｏｕｔ２に対する方程式５が温度センサの読みを決定するために使用され得る。特に、方程式５を使用して、温度センサの読みは以下のように計算され得る。
【００２２】
Ｔ＝（Ｖｏｕｔ２−Ｉ×Ｒ０）／（Ｉ×Ｒ０×Ｃ）              （方程式６）
一つの実施の形態では、ブリッジの検出機能は、検出端子３１０、３１４及び３１２、３１６で測定された二つの電圧出力に基づいて磁界センサ読み及び温度センサ読みを決定するために動作し得る論理検出素子によって制御され得る。一つの実施の形態では、二つの出力チャンネルが、パラレル信号回路及び、さらにマイクロプロセッサに二つのコンバータを介して供給され得る。そして、マイクロプロセッサは、磁界および温度センサ読みを上述した方程式を使用して決定するように動作可能である。さらに、マイクロプロセッサは、伝達機能較正（ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）に基づいて磁界及び温度の両方を計算するように使用され得るルックアップ・テーブル又は多項式を利用し得る。代替的な実施の形態では、センサからの二つの出力は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを介してＭＵＸ、さらにはマイクロプロセッサに入力される。しかし、異なる実施の形態が同様に可能であり、検出素子はハードウエア、ソフトウエア、ファームウエアの素子、またはその組み合わせを使用して実現され得る。
【００２３】
図４は、代替的な実施の形態に従った多重目的センサ３５０を示す電気的概略図である。図３に示す概略図と同様に、図４は検出端子３１０、３１２、３１４及び３１６により分けられる４つの磁気抵抗素子３０２、３０４、３０６及び３０８を含む全ホイートストン・ブリッジ構成を示している。多重目的センサに対する代替的な実施の形態に従うと、ブリッジ電源は抵抗素子３２２を介して検出端子の一つに結合される電圧源３２４を含んでいる。図３を参照して記述されたように、電源は外部のものでも内部のものでもよい。したがって、電源はセンサに組み込まれるか、又はセンサの外部にあり得る。抵抗素子３２２、および次の図面を参照して記述される任意の抵抗素子は非常に低い温度係数、つまり温度に対し感度の低い一つ以上の抵抗を含み得る。本発明は抵抗を使用することに限定されるわけではなく、当業者は異なる構成要素が更に使用できることを理解することが出来るであろう。さらに、ここで記述される抵抗素子は、内部抵抗素子（検出素子に組み込まれている）又は外部抵抗素子（検出素子の外的に結合されている）であり得る。
【００２４】
図３に示す実施の形態と同様に、センサ３５０は二つの出力測定Ｖｏｕｔ３およびＶｏｕｔ４を提供する。第一の電圧測定（Ｖｏｕｔ３）は、検出端子３１６及び３１２を渡して測定され、磁気センサ読みを提供する。「Ｒ」が磁気抵抗素子の抵抗であり、「ΔＲ」は磁気抵抗の変化であり、「Ｓ」は磁気低効率に関連したブリッジ感度であり、「Ｈ」は外部磁界であり、「ｒ」は抵抗素子３２２の抵抗であり、「Ｖ」は一定の電圧源３２４の電圧でありと仮定すると、第一の出力電圧は以下の方程式に従って計算される。
【００２５】
Ｖｏｕｔ３＝Ｖｏｕｔ４×ΔＲ／ｒ＝Ｖｏｕｔ４×Ｒ×Ｓ×Ｈ／ｒ （方程式７）
つまり、
Ｖｏｕｔ３＝（Ｖ−Ｖｏｕｔ４）×Ｓ×Ｈ                       （方程式８）
Ｖｏｕｔ３に対する方程式を使用すると、磁界は以下の方程式に従って計算され得る。
【００２６】
Ｈ＝Ｖｏｕｔ３／［（Ｖ−Ｖｏｕｔ４）×Ｓ）］         （方程式９）
再び図４を参照すると、第二の電圧測定Ｖｏｕｔ４は温度センサの読みを決定するために利用され得る。「Ｒ」がゼロ温度におけるブリッジ抵抗であり、「Ｃ」が一定であり、「Ｔ」が温度センサの読みであると仮定すると、Ｖｏｕｔ４は以下の方程式を使用して計算され得る。
【００２７】
Ｖ−Ｖｏｕｔ４＝Ｖｏｕｔ４×Ｒ／ｒ
ここで、
Ｖ−Ｖｏｕｔ４＝Ｖｏｕｔ４×Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）／ｒ        （方程式１０）
方程式１０は、温度センサ読みを決定するために利用され得る。再び方程式７及び方程式８を参照すると、図４に示される多重目的センサにおいてはＶｏｕｔ３とＶｏｕｔ４の両方の測定が外部磁界を決定するために必要とされるので、図４に示された多重目的センサの実施の形態が図３において示された実施の形態よりさらに複雑に示されている。従って、図４に示す実施の形態はより過ちを導く可能性が高い。図４を参照して記述されたように、論理検出素子は、温度及び磁界を決定するために利用され得る。さらに、図４を参照して記述されたように、より正確性を高くするために、ルックアップテーブルまたは多項式が、磁界及び温度をセンサに関連した伝達機能較正に基づいて磁界及び温度の双方を計算するために利用され得る。
【００２８】
例示的な実施の形態に従った多重目的センサは、全ホイートストン・ブリッジ構成に限定されるわけではなく、二つの磁気抵抗素子のみ、または半ホイートストン・ブリッジ構成を含む磁気センサを例示的な実施の形態に従って多重目的センサとして動作するようにさらに利用し得る。
【００２９】
図５は、半ホイートストン・ブリッジ構成に配列された二つの磁気抵抗素子３０２、３０４を含み、電流源３１８に結合された検出端子３１０およびグランドに結合された検出端子３１４を有する、多重目的センサ４００を示す電気概略図である。図５に示す実施の形態では、第一の電圧測定（Ｖｏｕｔ５）は検出端子３１２および検出端子３１４を渡して行われ、磁界センサ読みを提供する。先述した方程式におけるのと同様の仮定をすると、出力電圧Ｖｏｕｔ５は以下の方程式を使用して計算され得る。
【００３０】
Ｖｏｕｔ５＝Ｉ×（Ｒ＋ΔＲ），                             （方程式１１）
つまり、
Ｖｏｕｔ５＝Ｖｏｕｔ６／２×（１＋Ｓ×Ｈ）                 （方程式１２）
再び図５を参照すると、第二の電圧測定（Ｖｏｕｔ６）は検出端子３１０及び３１４を渡して行われる。例示的な実施の形態に従うと、Ｖｏｕｔ６は温度センサ読みを決定するために使用される。先述した方程式におけるのと同様の仮定をすると、Ｖｏｕｔ６は以下の方程式を使用して計算される。
【００３１】
Ｖｏｕｔ６＝Ｉ×２Ｒ＝Ｉ×２Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）＝２Ｉ×Ｒ０＋２Ｉ×Ｃ×Ｔ
（方程式１３）
図３を参照して記述されたように論理検出素子を使用して、温度センサ読みは方程式１３を使用して計算可能であり、磁気センサ読みは方程式１１及び方程式１２を使用して計算可能である。
【００３２】
図６は代替的な実施の形態に従った多重目的センサとして使用可能な半ホイートストン・ブリッジ構成の電気概略図４５０である。半ホイートストン・ブリッジ構成は、検出端子３１０、３１２及び３１４により分けられる二つの磁気抵抗素子３０２及び３０４を含んでいる。半ホイートストン・ブリッジ構成の代替的な実施の形態に従うと、電圧源３２４は、例えば非常に低い温度係数つまり温度に対し感度が低い抵抗を含む、抵抗素子３２２を介して検出端子３１０に結合されている。先述した図と同様に、二つの電圧測定は磁界センサ読み及び温度センサ読みを決定するように行われる。第一の電圧測定（Ｖｏｕｔ７）は、磁界センサ読みを決定するために使用され、第二の電圧測定（Ｖｏｕｔ８）は、温度センサ読みを決定するために使用される。図６を参照すると、Ｖｏｕｔ７測定は、検出端子３１２及び３１４を渡して行われる。「Ｖ」が電源３２４によって供給される一定の電圧であり、「ｒ」が抵抗素子３２２の抵抗と仮定すると、Ｖｏｕｔ７は以下の方程式を使用して計算される。
Ｖｏｕｔ７＝Ｖｏｕｔ８×（Ｒ＋ΔＲ）／ｒ＝Ｖｏｕｔ８×Ｒ×（１＋Ｓ×Ｈ）／ｒ
＝（Ｖ−Ｖｏｕｔ８）×（１＋Ｓ×Ｈ）／２                （方程式１４）
図６を参照すると、Ｖｏｕｔ８測定は、抵抗素子３２２を渡して行われ、以下の方程式を使用して計算される。
Ｖ−Ｖｏｕｔ８＝Ｖｏｕｔ８×２Ｒ／ｒ
＝Ｖｏｕｔ８×２Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）／ｒ            （方程式１５）
温度（Ｔ）読みは、方程式１５を使用して決定することが出来、磁界センサ読みは方程式１４を使用して決定することが出来る。全ホイートストン・ブリッジ構成を利用する多重目的センサに対する実施の形態と同じように、図５及び図６を参照して議論される論理素子は、磁気センサ読み及び温度センサ読みを決定するために二つの出力測定を使用可能である。先述した図面を参照して言及されたように、論理素子はプロセッサ、及び／又は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエアの素子、またはその組み合わせを使用して実現し得る。
【００３３】
さらに、例示的な実施の形態に従うと、センサは、センサの特性を復元するために、セット‐リセット及びオフセット・ストラップとして知られる、金属構造（金属ストラップ）、または電流ストラップを含み得る。上述したように、磁界検出デバイスに電流ストラップを使用することは、ここに参照として充分に組み込まれて、同じ譲受人へ譲渡された、Ｂｈａｒａｔ  Ｂ．  Ｐａｎｔへの米国特許Ｎｏ．５、２４７、２７８に電流の応用として議論されている。オフセット及びセット／リセット・ストラップは、センサブリッジ素子により占有される同じ領域における二つの金属層としてデポジットされる。これらの金属層は、しばしば絶縁層によりお互いから電気的に孤立している。
【００３４】
図７はセンサにおける層配列の例示的な断面図７００を示している。図７に示すように、複数の金属が基板７２４にデポジットされる。フォトリソグラフィ・プロセスに使用される、デポジットするステップ、切断するステップ、エッチングするステップ、およびの他のステップは、当該技術においてよく知られている。ＭＲ／ＧＭＲセンサ製造の一般的な方法は、本出願と同じ譲受人へ譲渡された、Ｗｉｔｃｒａｆｔらへの米国特許Ｎｏ．５，８２０，９２４にさらに記述されている。米国特許Ｎｏ．５，８２０，９２４は参照としてここに充分に組み込まれている。基板から開始して、センサは、例えばニッケルおよび鉄からなるパーマロイ層７１２を含んでいる。さらに、センサは絶縁層７１０、及び出力端子導線を含み得るパッド７１８、７２０及び７２２の形状をしている導電体を含んでいる。センサ７００は、さらに二つの誘電体層７０４及び７１６の間に配列されたオフセット・ストラップ７１４を含んでいる。センサはさらに、バーバー・ポール・バイアス（ｂａｒｂｅｒ  ｐｏｌｅ  ｂｉａｓｉｎｇ）を提供するように配列されたバーバー・ポール／相互接続バー７０４をさらに含んでいる。例えば、バーバー・ポール・バイアスは、電流が膜を４５度の角度で流れることを可能とする。センサはさらに、セット／リセット・ストラップ７０８、保護膜ニッケル層７０２を含んでいる。図７は単に例示的な実施の形態を示しているに過ぎず、異なる実施の形態も同様に可能であることが理解されるすべきである。
【００３５】
例示的な実施の形態によれば、センサ特性の復元に加え、セット／リセット又はオフセット・ストラップなどの、ＭＲ／ＧＭＲセンサ上にデポジットされた金属ストラップが、温度センサ読みを提供するために利用可能である。図８は、一定の電流源を利用する一つの実施の形態に従った温度センサ読みを提供するために利用される金属（又は電流）ストラップ構成８００の電気概略図である。図８に示すように、セット／リセット・ストラップ又はオフセット・ストラップなどの電流ストラップ８０６は、二つの検出端子８０４及び８０８に結合しており、検出端子８０４は一定の電流源８０２に結合され、検出端子８０８はグランドに結合している。例示的な実施の形態に従うと、温度センサ読みのための電圧測定「Ｖｏｕｔ９」は電流ストラップ８０６を渡して行われる。「Ｒｓｔｒａｐ」をストラップの抵抗、「Ｉ」は電流源８０２によって提供される一定の電流、他の記号は上述のように定義すると、出力電圧Ｖｏｕｔ９は、以下の方程式に従って計算される。
【００３６】
Ｖｏｕｔ９＝Ｉ×Ｒｓｔｒａｐ＝Ｉ×Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）     （方程式１６）
方程式１６は、温度センサ読みを決定するために使用可能であり、磁気センサ読みは上述した方法を使用して決定され得る。
【００３７】
例示的な実施の形態に従うと、先述した図面を参照して記述される多重目的センサに含まれる磁気抵抗素子は、例えば異方性磁気抵抗素子または巨大磁気抵抗素子を含み得る。さらに、当業者には同様に異なる実施の形態が可能であることが理解できるであろう。
【００３８】
図９は一定の電圧源を利用した一つの例示的な実施の形態に従った温度センサ読みを提供するために利用可能であり得る、電流ストラップ構成９００の電気概略図である。
【００３９】
図９に示すように、セット／リセット・ストラップ又はオフセット・ストラップなどの電流ストラップ９１０は、二つの検出素子９０８、９１２に結合されており、検出端子９１２はグランドに結合されている。さらに、検出端子９０８は抵抗素子９０６を介して一定の電圧源９０２及び検出端子９０４と結合されている。一定の電流源を利用するセンサの実施の形態を記述する先述した図面と同様に、抵抗素子９０６は非常に低い温度係数つまり温度に対し感度の低い抵抗を含み得る。
【００４０】
図９に示す例示的な実施の形態に従うと、二つの電圧測定「Ｖｏｕｔ１０」及び「Ｖｏｕｔ１１」が、温度センサ読みを決定するために行うことが出来、ここでＶｏｕｔ１０は抵抗素子９０６を渡して測定され、Ｖｏｕｔ１１は電流ストラップ９１０を渡して測定される。「ｒ」が抵抗素子９０６の抵抗であり、他の記号を上述のように定義すると、Ｖｏｕｔ１０及びＶｏｕｔ１１は以下の方程式を使用して計算され得る。
【００４１】
Ｖｏｕｔ１０＝Ｉ×ｒ                                           （方程式１７）
Ｖｏｕｔ１１＝Ｉ×Ｒｓｔｒａｐ＝Ｉ×Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）
＝Ｖｏｕｔ×Ｒ０×（１＋Ｃ×Ｔ）／ｒ                （方程式１８）
方程式１８は、温度センサ読みを決定するために使用でき、磁気センサ読みは上述した方法を使用して決定され得る。
【００４２】
従って、多重目的センサに対して提案される実施の形態は、さらなるハードウエアを必要とせず、コスト及び空間の効率的な方法を提供する。
【００４３】
磁気センサは、コンパス、ナビゲーション、ＧＳＰおよび他のシステムの多様な応用を可能とし、強化する。従って、磁気センサは、チルト、加速度計、ジャイロ又は圧力センサなどの様々な他のセンサからなる多くのシステム又は製品の重要な部分になっている。これらのセンサは温度感度を提示する可能性が高く、システム動作温度の測定はしばしば測定される量に対して温度補償（又は補正）を必要とする。動作温度の範囲は狭く、絶対温度よりむしろ温度変化が、補償／補正を実行するのにしばしば充分である。そのような実施の形態においては、多重目的センサで一定電流を実現することは、単純な形を導く。例えば、方程式５及び１３の両辺を温度（Ｔ）に対して微分すると、以下の方程式が導かれる。
【００４４】
ｄＶｏｕｔ２＝Ｉ×Ｒ０×Ｃ×ｄＴ                          （方程式１９）
及び、
ｄＶｏｕｔ６＝２×Ｉ×Ｒ０×Ｃ×ｄＴ                      （方程式２０）
ここで、ｄＶｏｕｔ２、ｄＶｏｕｔ６及びｄＴは各変化を示している。従って、温度の変化は、Ｖｏｕｔの変化に対して直接比例しており、後者は温度補償のために使用可能である。
【００４５】
上述した配列は本発明の原理の応用の単純な説明的な応用であり、多くの配列が当業者には容易に工夫可能であることが理解されるべきである。多重目的センサの実施の形態はホイートストン・ブリッジのセンサ構成を使用して記述されている。しかし、本発明はホイートストン・ブリッジに限定されるのではなく、異なる検出デバイス構成がさらに使用可能であることが理解されるべきである。さらに、説明された多重目的センサ構成は単一のチップ構成又はマルチチップの構成であり得ることを理解すべきである。
【００４６】
特許請求の範囲は、その趣旨で述べられない限り、記述されたオーダーまたは素子に限定されるものとして解釈されるべきではない。従って、以下の特許請求の範囲に述べられる範囲および趣旨の範囲内でそれと同等の全ての実施の形態が発明としてクレームされている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に従った、ホイートストン・ブリッジ構成のおけるセンサを示す電気的概略図である。
【図２】図１に示すセンサの集積回路のレイアウトである。
【図３】本発明の一つの例示的な実施の形態に従った、全ホイートストン・ブリッジ構成において実現される多重目的センサを示す電気的概略図である。
【図４】本発明の別の例示的な実施の形態に従った、全ホイートストン・ブリッジ構成において実現される多重目的センサを示す電気的概略図である。
【図５】本発明の一つの例示的な実施の形態に従った、半ホイートストン・ブリッジ構成において実現される多重目的センサを示す電気的概略図である。
【図６】本発明の別の例示的な実施の形態に従った、半ホイートストン・ブリッジ構成において実現される多重目的センサを示す電気的概略図である。
【図７】本発明の一つの例示的な実施の形態に従ったセンサにおける層配列の例示的な断面図を示すブロック図である。
【図８】本発明の一つの例示的な実施の形態に従った温度センサ読みを提供する電流ストラップ構成を示す電気的概略図である。
【図９】本発明の別の例示的な実施の形態に従った温度センサ読みを提供する電流ストラップ構成を示す電気的概略図である。
【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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【国際調査報告】
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