(57)【要約】  少なくとも１つの供給端子（１０，１４）を用いて、特に少なくとも１つの第１の供給端子を用いて、かつ少なくとも１つの基準端子（１２，１６）を用いて、特に、例えばグラウンド電位（ＧＮＤ；ＧＮＤ１，ＧＮＤ２）における、少なくとも１つの第２の供給端子を用いて、少なくとも１つの供給電圧（ＶＣＣ；ＶＣＣ１，ＶＣＣ２）及び少なくとも１つの供給電流（ｉ；ｉ１，ｉ２）をそれぞれ供給されることができ、供給電圧（ＶＣＣ；ＶＣＣ１，ＶＣＣ２）の降下又は供給電流（ｉ；ｉ１，ｉ２）の流れの方向（Ｄ；Ｄ１，Ｄ２）と、結果として生じる内部磁場（Ｈres）の方向との間の角度（α；α１、α２）の関数としてセットされる差分電圧（Ｖout；Ｖout1、Ｖout2）が、少なくとも第１の、特に正（Ｖ＋；Ｖ＋１，Ｖ＋２）の、タッピング電極（２０，２４）と少なくとも第２の、特に負（Ｖ−；Ｖ−１，Ｖ−２）の、タッピング電極（２２，２６）との間でタップされることができ、結果として生じる内部磁場（Ｈres）の方向が、固有磁化（Ｈ0）及び少なくとも１つの外部磁場（Ｈext）を重ねることにより与えられ、好適な磁気方位を持たずに製造されることができ、技術的に引き起こされるオフセットが最小化される又は完全に除去される、少なくとも１つの磁気抵抗センサ素子（１００，１１０）を提供するために、磁気抵抗センサ素子（１００，１１０）が、フラットになるように設計され、特に供給電圧（ＶＣＣ；ＶＣＣ１，ＶＣＣ２）の降下が連続的であることが提案される。
2007537437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの供給端子を用いて、特に少なくとも第１の供給端子を用いて、
少なくとも１つの基準端子を用いて、特に、例えばグラウンド電位における、少なくとも第２の供給端子を用いて、
少なくとも１つの供給電圧及び少なくとも１つの供給電流をそれぞれ供給されることができる磁気抵抗センサ素子であって、
前記供給電圧の降下又は前記供給電流の流れの方向と、
結果として生じる内部磁場の方向との間の、
角度の関数としてセットされる差分電圧が、
少なくとも第１の、特に正の、タッピング電極と、少なくとも第２の、特に負の、タッピング電極との間でタップされることができ、
前記結果として生じる内部磁場の方向が、固有磁化及び少なくとも１つの外部磁場を重ねることにより与えられる、磁気抵抗センサ素子において、
前記磁気抵抗センサ素子がフラットになるように設計され、特に前記供給電圧の降下が連続的であることを特徴とする、磁気抵抗センサ素子。
【請求項２】
前記結果として生じる内部磁化が、前記外部磁場に本質的に平行に向けられることを特徴とする、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記差分電圧の勾配の方向が、前記供給電圧の降下又は前記供給電流の流れの方向に本質的に垂直に向けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記センサ素子が、少なくとも部分的に少なくとも１つの強磁性合金、例えばパーマロイから形成されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記センサ素子が、
４つ以上のポールを有するように設計され、及び／又は
本質的に長方形に又は本質的に円形に設計され、及び／又は
好適な磁気方位を持たない、
ことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
磁場強度、特に磁場強度の時間的勾配を測定する角度センサにおいて、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのセンサ素子を特徴とする角度センサ。
【請求項７】
第１の供給電圧の降下又は第１の供給電流の流れの方向が、第２の供給電圧の降下又は第２の供給電流の流れの方向に対して、所定の角度、例えば約４５度だけ回転又はオフセットされることを特徴とする、請求項６に記載の角度センサ。
【請求項８】
前記第１の供給電圧又は前記第１の供給電流に割り当てられた第１のセンサ素子と、
前記第２の供給電圧又は前記第２の供給電流に割り当てられた第２のセンサ素子と、
の組み合わせを特徴とする、請求項７に記載の角度センサ。
【請求項９】
前記第１の供給電圧又は前記第１の供給電流及び前記第２の供給電圧又は前記第２の供給電流が、同一のセンサ素子に割り当てられることを特徴とする、請求項７に記載の角度センサ。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの角度センサと、
前記角度センサの少なくとも１つの出力信号を供給されることができ、前記出力信号を評価するために備えられる少なくとも１つの回路構成、特に少なくとも１つの集積回路と、
を特徴とする、非接触式角度測定システム。
【請求項１１】
前記回路構成が、
特に前記第１のセンサ素子の少なくとも１つの、特に第１の、出力信号、及び
少なくとも１つの入力バッファの少なくとも第１の出力信号、
を供給されることができる少なくとも第１のアナログ／デジタル変換器と、
前記第２のセンサ素子の少なくとも１つの出力信号、又は特に前記第１のセンサ素子の少なくとも１つの、特に第２の、出力信号、及び
前記入力バッファの少なくとも第２の出力信号、
を供給されることができる少なくとも１つの他のアナログ／デジタル変換器と、
前記第１のアナログ／デジタル変換器の少なくとも第１の出力信号、及び
前記他のアナログ／デジタル変換器の少なくとも第１の出力信号、
を供給されることができる少なくとも１つの算術ユニットであって、
少なくとも１つのアルゴリズムを用いて、例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを用いて、前記アナログ／デジタル変換器の前記第１の出力信号から、少なくとも１つの値、特に少なくとも１つの角度、を決定するために備えられた、当該算術ユニットと、
前記アナログ／デジタル変換器の第２の出力信号及び前記算術ユニットの出力信号を供給されることができ、特に出力されるべき曲線の特性を適合するために備えられた、少なくとも１つの適合ユニットと、
前記適合ユニットの出力信号を供給されることができる少なくとも１つのデジタル／アナログ変換器と、
前記デジタル／アナログ変換器の出力信号を供給されることができ、特に前記出力信号をバッファ記憶するために備えられた、少なくとも１つの出力バッファ、及び／又は
少なくとも１つの振動子／クロック生成器ユニット、及び／又は
特に前記決定された値を試験及び／又は比較するために備えられた、少なくとも１つの試験／トリムユニット、及び／又は
少なくとも１つのリセットユニットと、
を有することを特徴とする、請求項１０に記載の角度測定システム。
【請求項１２】
少なくとも１つのクランク軸角度を測定する場合に少なくとも１つの基準マークを検出するための、
金属物体を検出するための、
回転速度及び／若しくは電流を測定するための、
弱い磁場を検出するための、例えば少なくとも１つの駆動部、少なくとも１つの金属棒、少なくとも１つのカム、少なくとも１つの輪、若しくは少なくとも１つの歯車のような車若しくは機械の能動部品の小さな移動及び／若しくは変化を検出するための、
トラフィック移動を検出及び／若しくは制御するための、
例えば少なくとも１つのコンパスを使用する、ナビゲーション目的の、又は
非接触式角度測定のための、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのセンサ素子及び／又は請求項６ないし９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの角度センサ及び／又は請求項１０又は１１に記載の少なくとも１つの角度測定システムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載された磁気抵抗センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触式角度測定は、磁気抵抗センサの応用の主要分野である。これに対する理由は、磁気抵抗センサが基づく固体効果が角度効果であり、即ち、
【数１】
2007537437.tif 000003
であることである。
【０００３】
磁場を測定するセンサ素子（いわゆるＡ［異方性（anisotropic）］Ｍ［磁気（magneto）］Ｒ［抵抗（resistive）］センサ）は、異方性磁気抵抗効果の原理に基づく。
【０００４】
現在、例えば文献ＤＥ１０１０４４５３Ａ１に記載されたように、ＡＭＲ角度センサは、第一に、完全なホイートストンブリッジとして設計される。このような完全なホイートストンブリッジの伝達関数は、式
【数２】
2007537437.tif 000004
により与えられる。
【０００５】
しかしながら、ホイートストンブリッジ回路の個々の細長い抵抗器の製造中に技術的公差が存在することは不利であり、これらの公差は、前記抵抗器の不可避的な非対称性を生じ、これにより電気的オフセットＶ0が生じる。これらのオフセットは、ほとんど約１２ミリボルト毎ボルト（１２ｍＶ／Ｖ）のホイートストンブリッジの、ＡＭＲ効果Δρ／ρ⊥により決定される、信号振幅の大きさのオーダである数ミリボルト毎ボルト（ｍＶ／Ｖ）で既に存在し、これにより後の信号調整及び処理中のこのようなオフセットの除去は、過度に高度な複雑性を必要とする。
【０００６】
今までに知られているブリッジの他の不利点は、線形又はバー形抵抗器が無視できない固有（又は内部）磁場強度Ｈ0を持つことであり、
【数３】
2007537437.tif 000005
ここで、ｔは、前記線形又はバー形抵抗器の厚さであり、
ｗは、前記線形又はバー形抵抗器の幅であり、
Ｍは、パーマロイの飽和磁化（約８００キロアンペア／メートル）であり、これは式、
【数４】
2007537437.tif 000006
を介して、内部磁化の角度と外部磁場の角度との間の差をもたらす。ブリッジ出力電圧の奇数調波、ひいては追加の振動角度誤差が、これにより結果として生じる。
【０００７】
したがって、ホイートストンブリッジ回路において、前記抵抗器は、不連続な長いストリップの形で設計され、好適な磁気方位を持つ抵抗器の特定の設計は、磁気伝達特性に影響を与えるので、ホイートストンブリッジ回路の原理に基づく磁気抵抗センサは、出力信号における不所望な散乱を示し、特に、前記ホイートストンブリッジ回路の内部領域に対する前記ホイートストンブリッジ回路の特に大きく影響を受け、したがって問題のある縁領域の比は、前記磁気抵抗センサの出力信号を弱める。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の不利点及び欠点に基づき、概説された従来技術の認識において、本発明の目的は、好適な磁気方位を持たずに製造されることができ、技術的に引き起こされるオフセットが最小化されるか、又は完全に除去される磁気抵抗センサ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１に記載されたフィーチャを持つ磁気抵抗センサ素子、請求項６に記載されたフィーチャを持つ角度センサ、及び請求項１０に記載されたフィーチャを持つ角度測定システムにより達成される。本発明の有利な実施例及び都合の良い成果は、それぞれの従属請求項において特徴付けられる。
【００１０】
本発明は、磁気抵抗センサ素子が２次元構造の形で設計され、特にフラットであるという事実に基づく。したがって、複数の線形又はバー形ブリッジ抵抗器（→ホイートストンブリッジの形成）の代わりに、少なくとも１つのフラットな、特に異方性の、Ｍ［磁気］Ｒ［抵抗］素子を使用する。
【００１１】
前記磁気抵抗素子のこの２次元構造又はフラットな設計は、ホイートストンブリッジと比較して２つの決定的な利点、特に、
−より小さな技術的に引き起こされる電気的オフセットＶ0と、
−内部磁場Ｈ0により引き起こされる、より小さな角度誤差と、
を有する。
【００１２】
本発明によると、したがって、好適な磁気方位を持たないレイアウトが達成される（従来技術によるＡＭＲホイートストンブリッジにおいて、このような好適な磁気方位は、振動する角度誤差を生じる）。
【００１３】
前記出力信号における不所望な散乱の発生は、したがって、前記センサ素子のフラットな設計により除去される。更に、前記センサ素子のフラットな設計のために、前記磁気抵抗センサ素子の供給電圧は、有利には、連続的に降下する。
【００１４】
本発明の１つの特に好適な実施例によると、固有磁化Ｈ0は低い磁場強度を持ち、これにより、結果として生じる内部磁化Ｈresは、外部磁場Ｈextに本質的に平行に向けられる。
【００１５】
更に、本発明による前記センサ素子の１つの有利な実施例において、差分電圧の勾配の方向は、供給電流の流れ又は前記供給電圧における降下の方向に本質的に垂直に向けられる。
【００１６】
有利には、前記センサ素子は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの強磁性合金、例えばパーマロイで形成される。ニッケル鉄合金パーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）は、低い磁場強度及び低いヒステリシス損失を同時に持つ高い透磁率の利点を提供する。このような強磁性構造の磁気特性は、外部形状により調整されることができる。更に、磁場により通過される場合、パーマロイは、オーム抵抗を数パーセントだけ変更する性質を持つ。
【００１７】
本発明の１つの本質的な実施例において、前記センサ素子は、特に供給端子及び信号タップを用いて、４つ以上のポールを有するように設計されることができる。この場合、前記センサ素子は、有利には、固定電位を形成するために少なくとも１つの接地点を有する。
【００１８】
本発明の１つの有利な実施例において、前記センサ素子は、本質的に長方形に又は本質的に円形に設計されてもよい。これとは独立に、又はこれに連動して、前記センサ素子は、有利には、好適な磁気方位を持たない。
【００１９】
本発明は、更に、上述のタイプの少なくとも１つのセンサ素子を有し、磁場強度、特に磁場強度の時間的勾配を測定する角度センサに関する。
【００２０】
このような角度センサは、単一の供給電圧のみが印加されることができるだけでない又は単一の供給電流のみが流れるだけでないように設計されてもよく、むしろ、１つの好都合な実施例において、前記角度センサは、第１の供給電圧の降下又は第１の供給電流の流れの方向が、第２の供給電圧の降下又は第２の供給電流の流れの方向に対して、所定の角度、例えば４５度だけ回転又はオフセットされるように設計されてもよい。
【００２１】
これに関連して、前記角度センサは、有利には、
前記第１の供給電圧又は前記第１の供給電流に割り当てられた第１のセンサ素子、及び付加的に、
前記第２の供給電圧又は前記第２の供給電流に割り当てられた第２のセンサ素子、
を有することができる。
【００２２】
代わりに、前記角度センサの１つの好都合な実施例において、前記第１の供給電圧又は前記第１の供給電流及び前記第２の供給電圧又は前記第２の供給電流は、例えば、各場合において所定の角度、例えば４５度だけ回転又はオフセットされる端子を用いて、同一のセンサ素子に割り当てられることもできる。
【００２３】
本発明は、更に、
上述のタイプの少なくとも１つの角度センサと、
前記角度センサの少なくとも１つの出力信号を供給されることができ、前記出力信号を評価するように備えられた少なくとも１つの回路構成、特に少なくとも１つの集積回路と、
を有する非接触式角度測定システムに関する。
【００２４】
本発明は、最終的に、
少なくとも１つのクランク軸角度を測定する場合に少なくとも１つの基準マークを検出するための、
金属物体を検出するための、
回転速度及び／又は電流を測定するための、
弱い磁場を検出するため、例えば少なくとも１つの駆動部、少なくとも１つの金属棒、少なくとも１つのカム、少なくとも１つの輪又は少なくとも１つの歯車のような、車又は機械の能動部品（active component）における小さな移動及び／又は変化を例えば検出するための、
トラフィック移動を検出及び／又は制御するための、
例えば少なくとも１つのコンパスを使用する、ナビゲーション目的の、又は
非接触式角度測定のための、
上述のタイプの少なくとも１つのセンサ素子及び／又は上述のタイプの少なくとも１つの角度センサ及び／又は上述のタイプの少なくとも１つの角度測定システムの使用に関する。
【００２５】
上述のタイプの磁気抵抗センサデバイス（又は磁気抵抗センサ素子）及び／又は上述のタイプの角度センサ及び／又は上述のタイプの角度測定システムは、有利には、
近接センサとして、
モーションセンサとして、又は
位置センサとして、
使用されることもできる。この場合、有利には、外部磁場のソースに対する検出されるべき対象の位置が変化する場合に前記センサ素子の比例する電圧信号を生じる外部磁場を使用する。
【００２６】
既に上で述べられたように、本発明の教示を有利に構成及び発展する様々な可能性が存在する。これに関して、一方で、請求項１、請求項６及び請求項１０に従属する請求項が参照され、他方で、本発明の他の実施例、フィーチャ及び利点は、図１ないし６に示される実施例の複数の例の模範的実施を特に参照して以下により詳細に記載される。
【００２７】
同一又は同様な構成、要素又はフィーチャは、図１ないし７Ｂにおいて同一の参照符号を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明によるセンサ素子１００の３つの実施例が以下に与えられる。余分な繰り返しを避けるために、本発明の構成、フィーチャ及び利点に関する以下の説明は、（別に定められない限り）
図１に示される磁気抵抗センサ素子１００の第１の実施例と、
図３に示される磁気抵抗センサ素子１００の第２の実施例と、
図６に示される磁気抵抗センサ素子１００の第３の実施例と、
に関する。
【００２９】
図１に示される前記第１の実施例において、センサ素子１００は、フラットな、本質的に長方形のＡ［異方性］Ｍ［磁気］Ｒ［抵抗］素子として設計され、この場合、ＡＭＲ効果は５０倍大きく示される。
【００３０】
このＡＭＲ素子１００は、供給端子１０を介して及びグラウンド電位ＧＮＤにおける基準端子１２を介して供給電圧ＶＣＣ（以下ＶCCとしても与えられる）及び供給電圧ＶＣＣによりもたらされる供給電流ｉをそれぞれ供給される。この場合、端子１０及び１２は、互いに反対であり、それぞれの場合に幅ｗを持つＡＭＲ素子１００の側面のほぼ中心に配置される。
【００３１】
ＡＭＲ素子１００の原理は、ＡＭＲ素子１００の固有磁化Ｈ0及び外部磁場Ｈextを重ねることにより、結果として生じる内部磁場Ｈresが生成されるという事実に基づく。
【００３２】
図１に示されるＡＭＲ素子１００において、特徴的な固有磁場強度Ｈ0は低い（←→好適な磁気方位が無い）ので、結果として生じる内部磁化Ｈresは、低い磁場強度であっても外部磁場Ｈextにほぼ平行に向けられ、換言すると、結果として生じる内部磁化Ｈresの方向は外部磁場Ｈextの方向に対応する。ＡＭＲ素子１００は、したがって、外部磁場Ｈextの方向に導電率ρ‖及び前記方向に垂直にρ⊥を持つ。
【００３３】
方向Ｄ（＝電流の所定の方向又は供給電圧ＶＣＣとグラウンド電位ＧＮＤとの間、換言すると供給端子１０と基準端子１２との間、の電圧降下の方向）と外部磁場Ｈextの方向（＝本質的に結果として生じる内部磁場Ｈresの方向）との間の角度αに依存して、差分電圧Ｖout（いわゆる擬似ホール電圧（pseudo-Hall voltage））がＡＭＲ素子１００においてセットされ、前記電圧は、供給電圧ＶＣＣに対して規格化された形式で以下の式により記載される。
【数５】
2007537437.tif 000007
ここで、ｆは、０ないし１の（幾何学的）補正因子であり、
ｗは、（ＶＣＣ−ＧＮＤに垂直に規定される）ＡＭＲセンサ素子１００の幅であり、
ｌは、（ＶＣＣ−ＧＮＤに沿って規定される）ＡＭＲセンサ素子１００の長さである。
【００３４】
所定の磁場角度を持つ外部磁場Ｈextのため、例えばＡＭＲ素子１００が移動される場合にＡＭＲ素子１００における異なる導電率が上述のようにセットされる。これらの導電率は、差分電圧出力信号Ｖoutの形式でタップされることができる。
【００３５】
この目的で、ＡＭＲ素子１００は、互いに反対に位置する２つのタッピング電極２０及び２２、特に、
（正の差分電圧ＶoutをタップするタップＶ＋に対する）１つの正のタッピング電極２０と、
（負の差分電圧ＶoutをタップするタップＶ−に対する）１つの負のタッピング電極２２と、
を有する。
【００３６】
２つのタッピング電極２０及び２２は、それぞれの場合に、長さ１を持つＡＭＲ素子１００の側面のほぼ中心に配置される。
【００３７】
図１において、ＡＭＲセンサ１００の等電位線が異なる色を使用して示される。ここで、それぞれの場合におけるカラーストリップの外側限界は、等電位線に対応し、完全な供給電圧ＶＣＣ（＝１００％ＶＣＣ）からグラウンド電位ＧＮＤ（＝０％ＶＣＣ）への電圧降下は、図１の右側の縁におけるストリップによりもう一度示される。
【００３８】
図２は、ＡＭＲ素子１００の（規格化された）出力信号Ｖoutと外部磁場Ｈext又は結果として生じる内部磁場Ｈresの角度αとの間の関係を示す。
【００３９】
この関係は、外部磁場Ｈextが印加される場合に磁気導体の抵抗Ｒ又は固有抵抗ρが変化するという事実に原因があることができる。外部磁場Ｈextが前記磁気導体の面に平行に及び前記磁気導体内を流れる電流ｉに垂直に印加される場合、前記磁気導体の内部磁場Ｈresのベクトルは角度αだけ回転する。前記磁気導体の抵抗Ｒ又は固有抵抗ρは、したがって、以下の式によって角度αに関して配置されることができる。
ρ＝ρ⊥＋(ρ‖−ρ⊥)cos2α
ここで、ρ‖は、材料定数であり、
ρ⊥は、材料定数である。
【００４０】
ＡＭＲ素子１００の差分出力信号Ｖ−又はＶ＋は、sin２αに比例するので、図１に示されるＡＭＲ素子１００は、９０度の角度範囲を検出することができる（図２参照）。
【００４１】
図２において、外部磁場Ｈextの（電流ｉの方向Ｄに対する）角度αが横座標上にプロットされ、図１に示されるＡＭＲ素子１００の規格化された出力電圧Ｖoutが縦座標上にプロットされる。ＡＭＲ素子１００の図示された出力信号の振幅は、９．５ｍＶ／Ｖであり、これは（約１２ｍＶ／ｋＶ）のＡＭＲ効果のおよそ８０パーセントに対応する。
【００４２】
フラットなＡＭＲ角度センサ素子１００の伝達特性は、既知のホイートストンブリッジ（従来技術参照）のものに対応する。ＡＭＲ角度センサ素子１００の伝達関数は、したがって、
【数６】
2007537437.tif 000008
を示す。
【００４３】
わずかに低い振幅を与えられると、フラットな及び／又は２次元ＡＭＲ構造１００に対する製造上の影響のため、線形の個々の抵抗器からなる完全なブリッジの場合より大幅に低いオフセットＶ0が生成される。線形抵抗器（従来技術、即ち図７Ａ及び図７Ｂを参照）の代わりのフラットなＡＭＲ素子１００の使用は、同程度の有用な振幅を持ちながら負所望な電気的オフセットをこのように減少する。結果として、ＡＭＲ角度センサを製造する場合の効率は増大されることができ、後の信号処理の間の複雑さが減少されることができる。
【００４４】
新しい２次元ＡＭＲ素子１００の他の利点は、好適な磁気方位を持たずに製造されることができることである。従来のホイートストンブリッジにおいて、このような好適な方位は、最高０．３度になる振幅を持つ振動する角度誤差を引き起こす。
【００４５】
更に、ＡＭＲ素子１００の記載されたフラットな設計のため、前記電気的オフセットの温度係数も低い。
【００４６】
図３は、好適な磁気方位を持たないフラットなＡＭＲ素子１００を示す。フラットなＡＭＲ素子１００は、円形パーマロイ（ＡＭＲ）層から形成され、対応する電極、特に供給端子１０と、正のタッピング電極２０と、基準端子１２と、負のタッピング電極２２とは、それぞれの場合に反時計回りの方向に９０度だけ互いに対してオフセットされて前記円形パーマロイ（ＡＭＲ）層に配置される。
【００４７】
図３に示されるＡＭＲ素子１００の出力信号の振幅は、１１．５ｍＶ／Ｖであり、したがって、図１に示されるＡＭＲ素子１００の出力信号の振幅よりおよそ５分の１高い（図２参照）。
【００４８】
本発明は、
複数のＡＭＲセンサ素子１００，１１０を組み合わせる（図４参照）可能性、又は
差分電圧をタップするために２より多い電極２０、２２、２４、２６を使用する（図６参照）可能性、
をも含む。
【００４９】
図４は、角度センサ２００の一実施例を有する非接触式角度測定システム４００の一実施例を示す。角度センサ２００は、第１のＡＭＲセンサ素子１００及び第２のＡＭＲセンサ素子１１０を有し、これら２つのセンサ素子１００及び１１０は、互いに対して特定の角度、特に４５度だけ回転される。
【００５０】
このような構成において、ＡＭＲセンサ素子１００及び１１０の出力信号２１０、２１２及び２１４、２１６は、ＡＭＲセンサ素子１００の出力信号２１０及び２１２がsin２αに比例し、４５度だけ回転されたＡＭＲセンサ素子１１０の出力信号２１４及び２１６がcos２αに比例するので、互いに対して９０度だけ位相オフセットを示す。
【００５１】
センサ素子１００及び１１０のこのような構成は、したがって、１８０度の角度範囲を検出することを可能にする（図５参照）。図５において、外部磁場Ｈextの角度αが横座標上にプロットされ、ＡＭＲ素子１００及び１１０の規格化された差分出力電圧Ｖoutが縦座標上にプロットされる。
【００５２】
角度測定システム４００は、角度センサ２００に加えて、センサ素子１００及び１１０の出力信号２１０、２１２及び２１４、２１６を評価する集積回路３００を有し、この回路構成３００は、
第１のセンサ素子１００の出力信号２１０、２１２及び入力バッファ３１０の第１の出力信号３１２を供給されることができる第１のアナログ／デジタル変換器３２０と、
第２のセンサ素子１１０の出力信号２１４、２１６及び入力バッファ３１０の第２の出力信号３１４を供給されることができる第２のアナログ／デジタル変換器３３０と、
を有する。
【００５３】
アナログ／デジタル変換器３２０及び３３０の第１の出力信号３２２及び３３２から角度α１又はα２を決定するために、集積回路３００は、更に、２つのアナログ／デジタル変換器３２０及び３３０の下流に配置された算術ユニット３４０を有する。
【００５４】
更に、出力されるべき曲線の特性を適合するために、アナログ／デジタル変換器３２０及び３３０の第２の出力信号３２４及び３３４並びに算術ユニット３４０の出力信号３４２を供給されることができる適合ユニット３５０が備えられ、前記適合ユニットは、算術ユニット３４０とデジタル／アナログ変換器３６０との間に接続される。
【００５５】
集積回路３００に更に割り当てられたこのデジタル／アナログ変換器３６０は、適合ユニット３５０の出力信号３５２を供給されることができる。集積回路３００の出力信号３７２をバッファ記憶するために、デジタル／アナログ変換器３６０の出力信号３６２を供給されることができる出力バッファ３７０が備えられる。
【００５６】
最後に、集積回路構成３００は、
振動子／クロック生成器ユニット３８０と、
決定された値を試験及び／又は比較するように備えられた試験／トリム（trim）ユニット３８２と、
リセットユニット３８４と、
を有する。
【００５７】
図６は、磁気抵抗センサ素子１００の第３の実施例を示す。このフラットなＡＭＲ素子１００は、円形に設計され、異なる差分電圧Ｖout1及びＶout2をそれぞれタップする合計４つのタッピング電極２０、２２及び２４、２６を有する。
【００５８】
第１の正のタッピング電極２０及び第２の負のタッピング電極２２は、互いに反対に配置され、それぞれの場合に、
タッピング電極２０及び２２に割り当てられた供給端子１０に対して、及び
タッピング電極２０及び２２に割り当てられた基準端子１２に対して、
９０度だけオフセットされる。第１の供給電圧ＶＣＣ１は、供給電極１０及び基準端子１２を用いてグラウンド電位ＧＮＤ１に対してＡＭＲ素子１００に印加される。
【００５９】
第３の正のタッピング電極２４及び第４の負のタッピング電極２６は、同様に互いに反対に配置され、それぞれの場合に、
タッピング電極２４及び２６に割り当てられた供給端子１４に対して、及び
タッピング電極２４及び２６に割り当てられた基準端子１６に対して、
９０度だけオフセットされる。第２の供給電圧ＶＣＣ２は、供給電極１４及び基準端子１６を用いてグラウンド電位ＧＮＤ２に対してＡＭＲ素子１００に印加される。
【００６０】
第３のタッピング電極２４は、したがって、供給電圧ＶＣＣ２又は電流ｉ２に対する第１のタッピング電極であり、第４のタッピング電極２６は、したがって、供給電圧ＶＣＣ２又は電流ｉ２に対する第２のタッピング電極である。
【００６１】
電極１４、１６及び２４、２６は、それぞれの場合に、電極１０、１２及び２０、２２に対して時計回りの方向に４５度だけオフセットされて配置される。図６に示される第３の実施例は、したがって、図４に示された角度センサ２００の一体化された実施例にほぼ対応する。（図４に示される角度センサ２００において、電極１４、１６及び２４、２６は第２のセンサ素子１１０に割り当てられ、第２のセンサ素子１１０は、電極１０、１２及び２０、２２を有する第１のセンサ素子１００に対して時計回り方向に４５度だけ回転される。）
【００６２】
図６に示されたフラットなセンサ素子１００の前記電極の記載された構成のため、図４に示された角度センサ２００の場合と同様な技術的効果が達成され、換言すると、タッピング電極２０、２２及び２４、２６によりタップされた出力信号Ｖout1及びＶout2は、図５と同等な位相シフトを示す。
【００６３】
上述の発明と従来技術との間の差を示すために、いわゆるダブルブリッジの形の既知の角度センサが図７Ａに示される。この角度センサは、互いに対して４５度だけオフセットされた２つのホイートストンブリッジを有し、
第１のホイートストンブリッジの抵抗器Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ及びＲ１ｄと、
第２のホイートストンブリッジの抵抗器Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ及びＲ２ｄとが関連付けられている。
【００６４】
このようなホイートストンブリッジの回路構成は、図７Ｂに示される。４つの抵抗器Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ及びＲ１ｄの他に、前記ホイートストンブリッジは、
供給電圧ＶＣＣを印加する供給端子と、
接地された基準端子ＧＮＤと、
負の出力信号Ｖ−又は負の差分電圧−Ｖoutをタップするタッピング電極と、
正の出力信号Ｖ＋又は正の差分電圧＋Ｖoutをタップするタッピング電極と、
を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による磁気抵抗センサ素子の第１の実施例を概略的に示す。
【図２】図１のセンサ素子の規格化された出力信号に対してプロットされた、供給電流と外部磁場との間の角度を概略的に示す。
【図３】本発明による磁気抵抗センサ素子の第２の実施例を概略的に示す。
【図４】図１又は図３の２つのセンサ素子を有する本発明による角度センサの一実施例を有し、前記２つのセンサ素子が互いに対して４５度の角度だけオフセットされて配置された、本発明による非接触式角度測定システムの一実施例を概略的に示す。
【図５】図４のセンサ素子の規格化された出力信号に対してそれぞれの場合にプロットされた決定されるべき角度α１及びα２を概略的に示す。
【図６】本発明による磁気抵抗センサ素子の第３の実施例を概略的に示す。
【図７Ａ】いわゆるダブルブリッジの形の従来技術による角度センサを概略的に示す。
【図７Ｂ】図７Ａの角度センサに対する従来技術によるホイートストンブリッジの回路構成を概略的に示す。
【符号の説明】
【００６６】
１００：第１の磁気抵抗センサ素子、特に第１の異方性磁気抵抗センサ素子
１１０：第２の磁気抵抗センサ素子、特に第２の異方性磁気抵抗センサ素子
１０：供給端子、特に第１のセンサ素子１００の第１の供給端子
１２：（供給端子１０に対する）基準端子、特に、例えばグラウンド電位ＧＮＤ、特に第１のグラウンド電位ＧＮＤ１における前記第１のセンサ素子１００の（第１の供給端子１０に対する）第１の基準端子
１４：第２のセンサ素子１１０の供給端子（図４、第２の実施例を参照）又は第１のセンサ素子１００の第２の供給端子（図６、第３の実施例を参照）
１６：例えばグラウンド電位ＧＮＤにおける、第２のセンサ素子１１０の（供給端子１４に対する）基準端子（図４、第２の実施例を参照）、又は例えばグラウンド電位ＧＮＤ２における、第１のセンサ素子１００の（第２の供給端子１４に対する）第２の基準端子（図６、第３の実施例を参照）
２０：第１のセンサ素子１００の第１の、特に正の、タッピング電極
２２：第１のセンサ素子１００の第２の、特に負の、（第１のタッピング電極２０に対する）タッピング電極
２４：第２のセンサ素子１１０の第１の、特に正の、タッピング電極（図４、第２の実施例を参照）、又は第１のセンサ素子１００の第３の、特に正の、タッピング電極（図６、第３の実施例を参照）
２６：第２のセンサ素子１１０の第２の、特に負の、（第１のタッピング電極２４に対する）タッピング電極（図４、第２の実施例を参照）、又は第１のセンサ素子１００の第４の、特に負の、タッピング電極（図６、第３の実施例を参照）
２００：角度センサ
２１０：角度センサ２００の第１の出力信号、特に第１のセンサ素子１００の正の出力信号
２１２：角度センサ２００の第２の出力信号、特に第１のセンサ素子１００の負の出力信号
２１４：角度センサ２００の第３の出力信号、特に第２のセンサ素子１１０の正の出力信号
２１６：角度センサ２００の第４の出力信号、特に第２のセンサ素子１１０の負の出力信号
３００：出力信号２１０、２１２、２１４、２１６を評価する回路構成、特に集積回路
３１０：入力バッファ
３１２：入力バッファ３１０の第１の出力信号
３１４：入力バッファ３１０の第２の出力信号
３２０：第１のアナログ／デジタル変換器
３２２：第１のアナログ／デジタル変換器３２０の第１の出力信号
３２４：第１のアナログ／デジタル変換器３２０の第２の出力信号
３３０：第２のアナログ／デジタル変換器
３３２：第２のアナログ／デジタル変換器３３０の第１の出力信号
３３４：第２のアナログ／デジタル変換器３３０の第２の出力信号
３４０：算術ユニット
３４２：算術ユニット３４０の出力信号
３５０：適合ユニット
３５２：適合ユニット３５０の出力信号
３６０：デジタル／アナログ変換器
３６２：デジタル／アナログ変換器３６０の出力信号
３７０：出力バッファ
３７２：角度測定システム４００の出力信号、特に回路構成３００の出力信号、特定的には出力バッファ３７０の出力信号
３８０：振動子／クロック生成器ユニット
３８２：試験／トリムユニット
３８４：リセットユニット
４００：非接触式角度測定システム
α：供給電圧ＶＣＣの降下又は供給電流ｉの流れの方向Ｄと結果として生じる磁場Ｈresの方向との間の角度
α１：第１の供給電圧ＶＣＣ１の降下又は第１の電流ｉ１の流れの方向Ｄ１と結果として生じる磁場Ｈresの方向との間の角度
α２：第２の供給電圧ＶＣＣ２の降下又は第２の電流ｉ２の流れの方向Ｄ２と結果として生じる磁場Ｈresの方向との間の角度
Ｄ：供給電圧ＶＣＣの降下、又は供給電流ｉの流れの方向
Ｄ１：第１の供給電圧ＶＣＣ１の降下又は第１の供給電流の流れの方向
Ｄ２：第２の供給電圧ＶＣＣ２の降下又は第２の供給電流の流れの方向
ＧＮＤ：基準電位、特にグラウンド電位
ＧＮＤ１：第１の基準電位、特に第１のグラウンド電位
ＧＮＤ２：第２の基準電位、特に第２のグラウンド電位
Ｈ0：固有磁化、特に固有磁場
Ｈext：外部磁場
Ｈres：結果として生じる内部磁場
ｉ：供給電流
ｉ１：第１の供給電流
ｉ２：第２の供給電流
ＶＣＣ＝ＶCC：特にグラウンド電位ＧＮＤに対する、供給電圧
ＶＣＣ１：特にグラウンド電位ＧＮＤ１に対する、第１の供給電圧
ＶＣＣ２：特にグラウンド電位ＧＮＤ２に対する、第２の供給電圧
Ｖout：電圧差又は差分電圧
Ｖout1：第１の電圧差又は第１の差分電圧
Ｖout2：第２の電圧差又は第２の差分電圧
Ｖ＋：特に第１のタッピング電極２０においてタップされるべき正の差分電圧Ｖout
Ｖ＋１：特に第１のタッピング電極２０においてタップされるべき正の差分電圧Ｖout1
Ｖ−１：特に第２のタッピング電極２２においてタップされるべき負の差分電圧Ｖout1
Ｖ＋２：特に第１のタッピング電極２４（図４、第２の実施例を参照）において又は第３のタッピング電極２４（図６、第３の実施例を参照）においてタップされるべき正の差分電圧Ｖout2
Ｖ−２：特に第２のタッピング電極２６（図４、第２の実施例を参照）において又は第４のタッピング電極２６（図６、第３の実施例を参照）においてタップされるべき負の差分電圧Ｖout2
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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