(57)【要約】  幾何学的リークシフトセンサ素子（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ｌｅａｋ  ｓｈｉｆｔ  ｓｅｎｓｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を備えるセンサシステムは、特に自動車用途において、品質、精度、および安全性に関する特性および要件を満たさなければならない。このためには、センサをテストおよびトリミングしなければならない。本発明の例示的実施形態によれば、センサに一様磁界を印加することによってセンサ素子のテストおよびトリミングを行うことを可能にする磁気抵抗センサが提供される。有利なことに、これにより、シンプルな構成を有する磁気抵抗センサを提供することが可能になる。
2007529737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数の第１の磁気抵抗素子（２、６、１０、１２、１８、２０）と、第２の複数の第２の磁気抵抗素子（４、８、１４、１６、２２、２４）と、第１の位相を有する第１の出力信号を発生させるために、前記第１の複数の第１の磁気抵抗素子（２、６、１０、１２、１８、２０）に接続された第１の信号処理ユニット（３０、３２、３４）と、第２の位相を有する第２の出力信号を発生させるために、前記第２の複数の第２の磁気抵抗素子（４、８、１４、１６、２２、２４）に接続された第２の信号処理ユニット（４０、４２、４６）とを備え、動作モードとテストモードとを有し、前記第１および第２の出力信号を処理する第３の信号処理ユニット（３６、３８）を備え、前記第３の信号処理ユニット（３６、３８）が、前記第１および第２の出力信号に基づいて前記動作モードおよび前記テストモードのうちの一方を起動するように適応され、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が一様磁界にさらされた場合に、第３の信号処理ユニット（３６、３８）が前記テストモードを起動するように適応された磁気抵抗センサ。
【請求項２】
前記第３の信号処理ユニット（３６、３８）が、前記第１の位相と前記第２の位相との位相差が本質的に０およびπのいずれかになったときに前記テストモードを起動するように適応された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第１の複数の第１の磁気抵抗素子（２、６、１０、１２、１８、２０）が、第１のブリッジ信号を発生させる第１のブリッジを形成し、前記第２の複数の第２の磁気抵抗素子（４、８、１４、１６、２２、２４）が、第２のブリッジ信号を発生させる第２のブリッジを形成し、前記第１の処理ユニット（３０、３２、３４）が、前記第１のブリッジ信号と前記第２のブリッジ信号とを加算する加算器（３０）を含み、前記第２の処理ユニット（４０、４２、４６）が、前記第１のブリッジ信号を前記第２のブリッジ信号から減算する減算器（４０）を含み、前記第３の信号処理ユニットが、前記第１および第２の出力信号のうちの一方の信号レベルがプリセットレベルを下回った場合に前記テストモードを起動するように適応された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が、幾何学的に互いにずれた位置にあり、特に自動車用途においては、位置センサ、回転速度センサ、および角度センサのうちのいずれかであるセンサであり、前記テストモードにおいては、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が調節可能である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記第３の信号処理ユニットが、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が、前記一様磁界にさらされなくなったか、前記一様でない磁界にさらされたかの少なくとも一方である場合に前記動作モードを起動するように適応され、前記動作モードにおいて、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子を一様でない磁界にさらした場合に、前記第１の位相と前記第２の位相との間の位相差が本質的にπ／２になるように、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が配置された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
磁気抵抗センサの操作方法であって、
前記磁気抵抗センサが、
第１の複数の第１の磁気抵抗素子と、
第２の複数の第２の磁気抵抗素子と、
第１の位相を有する第１の出力信号を発生させるために、前記第１の複数の第１の磁気抵抗素子に接続された第１の信号処理ユニットと、
第２の位相を有する第２の出力信号を発生させるために、前記第２の複数の第２の磁気抵抗素子に接続された第２の信号処理ユニットであって、前記第２の出力信号は第２の位相を有し、前記センサは動作モードとテストモードとを有する、第２の信号処理ユニットと、
前記第１および第２の出力信号を処理する第３の信号処理ユニットであって、前記第３の信号処理ユニットが、前記第１および第２の出力信号に基づいて、前記動作モードおよび前記テストモードのうちの一方を起動するように構成された、第３の信号処理ユニットと、
を備え、
前記方法が、前記第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子に一様磁界が印加された場合に前記テストモードを起動するステップを含む、
方法。
【請求項７】
磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方を行う方法であって、前記磁気抵抗センサに一様磁界を印加することと、前記一様磁界が前記磁気抵抗センサに印加された場合に前記磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方を実施することとを含む方法。
【請求項８】
磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方のためのデバイスであって、一様磁界を発生させるように構成されたコイル配列を備えるデバイス。
【請求項９】
前記コイル配列がヘルムホルツのコイル配列を含む、請求項７に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗センサの分野に関する。特に本発明は、磁気抵抗センサと、磁気抵抗センサの操作方法と、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方の方法と、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方に用いるデバイスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗センサ素子が広く普及しつつある。特に、自動車産業においては、品質、精度、および安全性に関して高い規準を満たす磁気抵抗センサが求められている。
【０００３】
そのようなセンサは、一般に、複数の磁気抵抗素子および信号処理ユニットからなり、たとえば、磁気抵抗素子の出力信号を評価して出力信号に変換する集積回路の形をとる。たとえば、そのような磁界センサを用いて、たとえば、シャフトの位置および回転速度を測定することが可能である。そのようなセンサは、アクティブエンコーダまたはパッシブエンコーダのような機械的構成要素と連係して、デジタル信号に変換されるアナログ正弦波信号（ｓｉｎｕｓ  ｓｉｇｎａｌ）を発生させることが可能である。
【０００４】
前述のように、特に自動車用途においては、センサは、品質、精度、および安全性に関する特性および要件を満たさなければならない。センサシステムの許容誤差は、たとえば、磁気抵抗素子の非線形性が原因であったり、製造におけるばらつきが原因であったりするが、性能に悪影響を及ぼす可能性があるので、実装前にテストおよびトリミングの方法を行って補償しなければならない。従来の磁界センサは、単純な磁気コイルを用いてテストおよびトリミングされる。たとえば、そのようなセンサのオフセットは、センサの後部に取り付ける磁石を調節することによって補償可能である。
【０００５】
センサのテストおよびトリミングを可能にするテストモードを起動（activate）するために、通常はセンサにテストモード起動ピンが設けられる。テストモードを起動する場合には、センサの通常の電源電圧よりかなり高い電圧をテストモード起動ピンに印加する。しかしながら、このためには、特別なテストモード起動ピンをセンサに設けることが必要である。さらに、高い電位を有する線を特別に設けなければならないため、センサの配線がより複雑になる。さらに、そのようなシステムはＥＭＶの影響を受けやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、改良された磁気抵抗センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の、本発明の例示的実施形態によれば、第１の複数の第１の磁気抵抗素子と、第２の複数の第２の磁気抵抗素子とを含む磁気抵抗センサが提供される。さらに、第１の信号処理ユニットが提供され、第１の信号処理ユニットは、第１の複数の第１の磁気抵抗素子に接続されて、第１の出力信号を発生させる。第１の出力信号は、第１の位相を有する。さらに、第２の信号処理ユニットが提供され、第２の信号処理ユニットは、第２の複数の第２の磁気抵抗素子に接続されて、第２の出力信号を発生させる。第２の出力信号は、第２の位相を有する。センサは、動作モードとテストモードとを有する。本発明のこの例示的実施形態の態様によれば、テストモードは、たとえば磁気抵抗素子のオフセットを調節すること、および、たとえば製造のばらつきを補償するために磁気抵抗素子をトリミングすることのために適応されることが可能である。
【０００８】
第１および第２の信号処理ユニットの第１および第２の出力信号を処理するために、第３の信号処理ユニットが提供される。第３の信号処理ユニットは、第１および第２の出力信号に基づいて動作モードおよびテストモードのうちの一方を起動するように適応される。
【０００９】
本発明のこの例示的実施形態によれば、第３の信号処理ユニットは、第１および第２の磁気抵抗素子が一様な磁界にさらされた場合にテストモードを起動するように適応される。
【００１０】
有利なことに、これにより、磁気抵抗素子に一様磁界を印加することによる磁気抵抗センサのテストモードの非常にシンプルかつ安全な起動が可能になる。有利なことに、これにより、高い電位を有する特別な線を設けることが不要になるので、磁気抵抗センサの配線を簡略化することが可能になる。さらに、一様磁界は、通常の状況では、そのような磁気抵抗センサの使用領域で発生しないので、テストモードの不要な起動を避けることができ、したがって、高度に安全なシステムを提供することが可能である。さらに、特別なテストモード起動ピンを設けることが不要になり、このことは、第１、第２、および第３の信号処理ユニットが集積回路として一体化されている場合に、特に有利である。
【００１１】
この例示的実施形態の態様によれば、一様でない磁界を磁気抵抗センサの磁気抵抗素子に印加すると、第１および第２の出力信号の間に本質的に９０度の位相差が発生する。
【００１２】
請求項２に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、第３の信号処理ユニットは、第１の位相と第２の位相との間の位相差が本質的に０度と１８０度のうちのいずれか（すなわち、０とπのうちのいずれか）になったときにテストモードを起動するように適応される。
【００１３】
有利なことに、これによって、第３の信号処理ユニットの構成および回路をシンプルにすることが可能になる。さらに、これにより、磁気抵抗センサを製造しやすく、製造コストが安いものにすることが可能になる。
【００１４】
請求項３に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、磁気抵抗素子は、ブリッジ配列に並べられる。第１の信号処理ユニットが第１のハーフブリッジの磁気抵抗素子の測定信号を処理し、第２の信号処理ユニットが第２のハーフブリッジの磁気抵抗素子の測定信号を処理するように、第１の信号処理ユニットが磁気抵抗素子に接続される。有利なことに、この構成により、磁気抵抗素子に一様磁界が印加された場合に、第１および第２の信号処理ユニットの第１および第２の出力信号のうちの一方の信号レベルがプリセットレベルを下回る。たとえば、センサが十分にトリミングされ、一様磁界が理想的に一様であれば、第１および第２の出力信号のうちの一方が本質的に０になることが可能である。これにより、テストモードの非常にシンプルかつ安全な起動が可能になる。さらに、第１、第２、および第３の信号処理ユニットの回路はシンプルかつロバストである。
【００１５】
請求項４に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子は、幾何学的に互いにずれた位置にある。たとえば、各ハーフブリッジの磁気抵抗素子は、互いに一定距離をおいて配置される。さらに、本発明のこの例示的実施形態によれば、センサは、特に、正確かつ安全なセンサが求められる自動車用途においては、位置センサ、回転速度センサ、および角度センサのうちのいずれかである。
【００１６】
請求項５に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、第３の信号処理ユニットは、第１および第２の複数の第１および第２の磁気抵抗素子が、一様磁界にさらされるか、一様でない磁界にさらされるか、少なくともそのいずれかであれば動作モードを起動するように適応される。有利なことに、これにより、テストモードから動作モードへの切り換えを非常にシンプルにすることが可能になる。
【００１７】
請求項６に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、磁気抵抗センサの操作方法が提供される。有利なことに、この方法は、請求項１から５に記載の、本発明の例示的実施形態に従って磁気抵抗センサを操作することに適用可能である。磁気抵抗センサの操作方法のこの例示的実施形態によれば、テストモードは、センサの磁気抵抗素子に一様磁界が印加されたときに起動される。有利なことに、これにより、高速かつ安全にテストモードを起動することが可能になる。これは特に、自然界では通常は一様磁界が発生しないという事実による。
【００１８】
請求項７に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方を行う方法が提供され、磁気抵抗センサに一様磁界が印加され、一様磁界がセンサに印加されたときに磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちのいずれか一方が実施される。これにより、磁気抵抗センサの高速かつシンプルなテストまたはトリミングが可能になる。
【００１９】
請求項８に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方に用いるデバイスが提供される。本発明の例示的実施形態によれば、そのデバイスは、一様磁界を発生させることに適応されたコイル配列を含む。
【００２０】
請求項９に記載の、本発明の別の例示的実施形態によれば、そのコイル配列は、ヘルムホルツのコイル配列を含む。
【００２１】
磁気抵抗センサのテストモードが、磁気抵抗センサに一様磁界を印加することによって起動されることが、本発明の例示的実施形態の趣旨であることが理解されよう。この趣旨のために、本発明の磁気抵抗には回路が設けられ、この回路は、磁気抵抗素子の測定信号から、センサに一様磁界が印加されたと判断し、磁気抵抗センサの動作モードをテストモードに切り替える。テストモードの間は、センサのテスト、トリミング、および調節が可能である。
【００２２】
本発明の以上の態様および他の態様は、以下に記載の実施形態を参照しての説明により明らかになるであろう。
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明による磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の配置（arrange）の第１の例示的実施形態の概略回路図である。参照符号２、４、６、および８は、磁気抵抗素子を示している。図１からわかるように、磁気抵抗２および６は、第１のハーフブリッジを形成するように配置され、磁気抵抗４および８は、第２のハーフブリッジを形成するように配置される。第１のハーフブリッジの磁気抵抗素子２および６は、それぞれが、第２のハーフブリッジの磁気抵抗素子４および８から幾何学的に隔てられるように配置される。用途によっては、各ハーフブリッジの磁気抵抗素子を互いに異なる距離で配置することが有利であろう。
【００２５】
図１からわかるように、第１の信号は、磁気抵抗素子２および６の間の接続点から取得される。グラウンドに対するこの信号をＶｏｕｔ１と称する。さらに、第２の信号は、磁気抵抗素子４および８の間の接続点から取得される。グラウンドに対するこの信号をＶｏｕｔ２と称する。言い換えると、図１からわかるように、ハーフブリッジのそれぞれの接続点から２つの信号が取得される。
【００２６】
図２は、別の概略回路図であり、本発明による磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の配置の第２の例示的実施形態の概略回路図である。図２からわかるように、磁気抵抗抵抗器（ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、および２４のような複数の磁気抵抗素子が設けられる。図２からわかるように、磁気抵抗素子１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、および２４は、２つのフルブリッジを形成し、これらは幾何学的に互いに隔てられている。この２つのフルブリッジの間には距離ｘが設けられる。磁気抵抗素子１０および１８の間、および１２および２０の間の、それぞれの接続点から信号Ｖｏｕｔ１が取得される。さらに、磁気抵抗素子１４および２２の間、および１６および２４の間の、それぞれの接続点から第２の測定信号Ｖｏｕｔ２が取得される。
【００２７】
以下では、図３を参照して、本発明の例示的実施形態による、図１および図２に示されたホイートストンブリッジを接続することが可能な回路を説明する。
【００２８】
図３は、図１および２に示された配置の磁気抵抗素子との組み合わせの形で、本発明による磁気抵抗センサを形成するために与えられることが可能な回路の簡略化されたブロック図である。
【００２９】
参照符号２６および２８は、図１または２に示されるように測定された信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２を信号処理回路に入力する信号入力手段を示している。図３からわかるように、図３に描かれた回路は、要素３０、３２、および３４を含む第１の信号処理ユニットと、要素４０、４２、および４６を含む第２の信号処理ユニットとに分けることが可能である。第１および第２の信号処理ユニットの各出力信号は、要素３６および３８を含む第３の信号処理ユニットに入力される。
【００３０】
詳細には、信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２は、加算器３０と減算器４０とに入力される。加算器は、信号Ｖｏｕｔ１と信号Ｖｏｕｔ２とを加算して和信号Ｖｓｕｍを形成し、Ｖｓｕｍは、参照符号３４で示される比較器Ｃｏｍｐ１に入力される。
【００３１】
出力信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２は、減算器４０において互いに減算されて信号Ｖｄｉｆｆが形成され、Ｖｄｉｆｆは、参照符号４６で示される第２の比較器Ｃｏｍｐ２に入力される。参照符号３２および４２は、フィルタ手段を示す場合があるが、これらは任意に与えられる。比較器３４および４６では、それぞれの入力信号とプリセット信号との比較が行われる。これにより、比較器３４および４６の出力信号が０であるか、プリセットのオンレベルを有するように、信号がデジタイズされることが可能である。次に、比較器３４および４６の出力信号は、論理ユニット３６（ＸＯＲゲートなど）に入力され、論理ユニット３６は出力信号Ｖｄｉｇを形成する。センサのテストモードを起動するために、たとえば、出力信号Ｖｄｉｇを用いることが可能である。テストモードでは、磁気抵抗センサをテストすることが可能であり、たとえば、オフセットを補償することが可能である。さらに、たとえばセンサの製造に起因するばらつきを、テストモードにおいて補償することが可能である。
【００３２】
図４は、図３に描かれた回路で発生する信号の電圧と位相角との関係を示す図である。図４からわかるように、また、図３でも示されているように、加算器３０の出力信号（Ｖｓｕｍ）だけでなく、減算器４０の出力信号（Ｖｄｉｆｆ）も正弦波である。両信号ＶｄｉｆｆおよびＶｓｕｍを比較すると、両信号の間の位相差が９０度すなわち、π／２であることがわかる。出力信号Ｖｄｉｇは、周波数が一定の方形波である。信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２の位相差は、幾何学的適合（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ａｄａｐｔａｔｉｏｎ）、すなわち、各磁気抵抗素子が配置されている場所の差ｘに依存する。さらに、この位相差は、たとえば、センサ素子の磁化されたエンコーダの極のペアの幅に依存する可能性がある。
【００３３】
センサシステムの動作モード中に、一様でない磁界を印加すると、位相差が、たとえば、６０〜１２０度になり、これは、たとえば、さらに処理されることが可能である。
【００３４】
有利なことに、図３に示される回路構成では信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２が加算および減算されるので、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆの位相差がちょうど（すなわち、本質的に）９０度すなわちπ／２になる。しかしながら、図１および２に示されるように配置された磁気抵抗素子に一様磁界が印加され、図３に描かれた回路に接続されると、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆの位相差が本質的に０度または１８０度、すなわち、０またはπになる。さらに、一様磁界の方向に応じて、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆのうちの一方の信号レベル（振幅）がより小さいか、より大きい場合がある。たとえば、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆのうちの一方の振幅が０であって、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆのうちのもう一方の信号が、動作モードに匹敵する通常の振幅、または、さらに大きな振幅である場合がある。本発明の例示的実施形態によれば、第３の処理ユニットは、したがって、ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆの位相差が０度または１８０度になったときにテストモードを起動するように適応される。さらに、第３の処理ユニットは、信号ＶｓｕｍまたはＶｄｉｆｆのうちの一方の信号レベルがプリセットレベルを下回ったときにテストモードを起動するように適応されることも可能である。
【００３５】
本発明のこの例示的実施形態の変形形態によれば、一様磁界を印加している間に、信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆのうちの一方の振幅がほとんど０であるために、たとえば、信号Ｖｄｉｇ、または信号ＶｓｕｍおよびＶｄｉｆｆのうちの一方のエッジが、あらかじめ決められた量であることが確認されてからテストモードに切り替えられることが可能である。テストモード中に、磁気抵抗素子に一様磁界が印加された場合、センサは、速やかにテストおよびトリミングされることが可能である。
【００３６】
本発明の例示的実施形態によれば、一様磁界の印加が停止された場合は、一様磁界の中断によってテストモードが自動的に停止し、一様でない磁界がセンサに印加された場合は、自動的に動作モードに切り替えるように第３の信号処理ユニットが適応されることが可能である。
【００３７】
一様磁界は、たとえば、ヘルムホルツ配列のコイルによって発生させることが可能である。このため、本発明の例示的実施形態によれば、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方のために、一様磁界を発生させるように適応されたコイル配列（arrangement）を有するシンプルなデバイスを提供することが可能である。これにより、本発明の例示的実施形態による、磁気抵抗センサのテストおよびトリミングのうちの少なくとも一方の、非常にシンプルな方法が可能になる。磁気抵抗センサのテストおよびトリミングモードを起動するために、磁気抵抗センサの磁気抵抗素子に一様磁界が印加される。次に、テストおよび／またはトリミング（オフセットの調節など）が実施されることが可能である。次に、一様磁界がオフに切り替えられることが可能であるか、一様でない磁界がセンサに印加されて、センサが動作モードに切り替えられる（すなわち、テストモードが停止される）ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の配置の第１の例示的実施形態の簡略化された回路図である。
【図２】本発明による磁気抵抗センサの磁気抵抗素子の配置の第２の例示的実施形態の簡略化された回路図である。
【図３】図１および２に示された磁気抵抗の配置との組み合わせの形で用いられることが可能である、本発明による磁気抵抗センサの電子回路の簡略化されたブロック図である。
【図４】図３に描かれた回路で発生する信号を示す、電圧と角度の図である。
【図１】
2007529737.tif 000003
【図２】
2007529737.tif 000004
【図３】
2007529737.tif 000005
【図４】
2007529737.tif 000006
【国際調査報告】
2007529737.tif 000007
2007529737.tif 000008