(57)【要約】  磁気的センシング方法およびシステムはその中央位置を備えたダイを含む。一群の磁気抵抗式ブリッジ回路がそのダイの上に配置され構成される。次いで、磁気バイアス素子が、その複数のブリッジ出力信号を発生させるために、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路をダイの中央部分の軸の周りを回転する磁界でバイアスするように使用される。最後に、その位置データを決定するために複数のブリッジ出力信号が処理される。
2008534926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央位置を備えたダイを用意するステップと、
複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの上に配置するステップと、
磁気抵抗式ブリッジ回路の複数のブリッジ出力信号を発生させるために、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの前記中央位置の軸の周りを回転する磁界でバイアスするステップと、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路は磁気バイアス素子を利用してバイアスされ、
位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するステップと、
を含む磁気的センシング方法。
【請求項２】
位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するステップは、
前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のうちの選択された磁気抵抗式ブリッジ回路の前記複数のブリッジ出力信号の比を計算することによって前記位置データを決定するステップと、
前記位置データを決定するために選択された補正率を前記比に適用するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
いくつかの補正率から前記選択された補正率を選択するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記いくつかの補正率は、所定の関数に沿ってひとまとめにして落ちる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の関数は正弦曲線関数を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するステップは、
前記複数のブリッジ出力信号を少なくとも１つの曲線に当てはめるステップと、
前記位置データを決定するために前記少なくとも１つの曲線のクロスオーバー点を利用するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するステップは、
前記磁気バイアス素子が前記少なくとも１つの磁気抵抗式ブリッジ回路に接近し、通過し、遠ざかる間の、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のうちの少なくとも１つの磁気抵抗式ブリッジ回路のための特性曲線を決定するステップと、
前記位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を前記特性曲線に当てはめるステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
中央位置を備えたダイを用意するステップと、
複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの上に配置し、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のそれぞれは少なくとも１つのトランスデューサを備えるステップと、
複数のブリッジ出力信号を発生させるために前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの前記中央位置の軸の周りを回転する磁界でバイアスするステップと、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路は磁気バイアス素子を利用してバイアスされ、前記磁気バイアス素子は前記軸の周りを、０度と１８０度との間の角度範囲の少なくとも１つの角度から選択された回転角度で回転され、前記磁気バイアス素子は、前記複数のブリッジ出力信号を発生させるために前記ダイの前記中央位置の前記軸の周りを回転する前記磁界で前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路をバイアスし、
前記磁気バイアス素子が前記少なくとも１つの磁気抵抗式ブリッジ回路に接近し、通過し、遠ざかる間の、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のうちの少なくとも１つの磁気抵抗式ブリッジ回路のための特性曲線を決定し、前記位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を前記特性曲線に当てはめることによって、位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するステップと、
を含む磁気的センシング方法。
【請求項９】
中央位置を備えたダイと、
前記ダイの上に配置された複数の磁気抵抗式ブリッジ回路と、
複数のブリッジ出力信号を発生させるために、前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの前記中央位置の軸の周りを回転する磁界でバイアスするための磁気バイアス素子と、
位置データを決定するために前記複数のブリッジ出力信号を処理するためのモジュールと、
を備えた磁気的センシングシステム。
【請求項１０】
前記モジュールは、
前記複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のうちの選択された磁気抵抗式ブリッジ回路の前記複数のブリッジ出力信号の比を計算することによって前記位置データを決定し、
前記位置データを決定するために選択された補正率を前記比に適用する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明出願は、米国特許商標局に２００４年１１月１８日に出願の「リニアおよび回転式センシング用途のための位置検出装置および方法」という名称の米国特許出願１０／９９３，９６４の一部継続出願であり、その発明出願の開示は参照により本明細書に全体として組み込まれる。
【０００２】
実施形態は一般にセンシングデバイスに関する。また、実施形態は、ホール効果および／または磁気抵抗素子に基づいた磁気的センシング構成にも関する。加えて、実施形態は角位置センサおよび回転式位置センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なセンサが磁気効果センシング技術で知られている。よく知られた磁気効果センサの例はホール効果技術および磁気抵抗技術を含む。一般に、こうした磁気センサは、磁気効果センサの感知領域を通り過ぎる設計された形状の強磁性体の目標物体の存否によって影響される磁界の変化に応答することができる。したがって、センサは電気的出力をもたらすことができ、この出力は、センシングおよび制御情報を生じさせるために後続の電子回路によって必要に応じてさらに変更されることができる。後続の電子回路は、センサパッケージの基板に実装されるかまたは外付けされることができる。
【０００４】
ホール効果センシングデバイスは、回転位置検出および角位置検出に広く利用されている磁気効果センサの１つのタイプを表す。ホール効果センサは、第１の組の接点間を流れる電流と、第２の組の接点の両端間に電圧を発生させるように直角に加えられる磁界との間の反応に依存するホール効果素子を組み込んでいる。理論上は、ホール効果素子に印加される磁界が無い場合は、第２の組の接点の両端間に電圧は発生されないはずである。実際には、通常、磁界がホール効果素子に印加されない場合であっても電圧が第２の組の接点の両端間に発生する。
【０００５】
また、磁気抵抗（ＭＲ）技術も、様々な業務用、民生用および産業用の検出用途に利用されている。ＭＲ技術の１つのタイプは異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）技術である。いくつかの従来のＭＲシステムでは、或る経路に沿って可動である部材の位置を決定するための装置が提供されることができる。こうしたデバイスでは、磁石が可動部材に取り付けられることができ、磁界トランスデューサのアレイがこの経路に隣接して配置される。通例、このタイプのセンシング構成は「ＭＲアレイ」技術と呼ばれる。磁石がトランスデューサに接近し、通過し、遠ざかるにつれてトランスデューサは変化する出力信号をもたらし、この出力信号は任意のトランスデューサを代表する単一の特性曲線によって表されることが可能である。
【０００６】
可動部材の位置を決定するために、トランスデューサが電子的に走査され、磁石への相対的な近接を示す出力を有する１群のトランスデューサから、データが選択される。次いで、特性曲線へのデータの最良の当てはまりを決定するために曲線当てはめアルゴリズムが使用されることができる。特性曲線を位置の軸に沿って置くことにより、磁石、したがって可動部材の位置が決定されることができる。
【０００７】
他の従来のＭＲデバイスでは位置決定装置が組み込まれることができ、この位置決定装置は、有限長のあらかじめ定義された経路に沿って移動する可動部材に取り付けられた磁石を含む。磁界トランスデューサのアレイがあらかじめ定義された経路に隣接して配置されることができる。トランスデューサは、この磁石が各トランスデューサに接近し、通過し、遠ざかるに応じた出力信号を提供することができる。また、トランスデューサの非線形性により引き起こされる残留誤差を補正するために補正メカニズムが組み込まれてもよい。
【０００８】
好適には、こうした補正メカニズムは残留誤差を所定の関数で近似し、残留誤差を相殺するために所定の関数に対応した補正率を適用する。トランスデューサの非線形性を補正することによって磁石の長さが減少されることができる。
【０００９】
従来の磁気的センシングアプローチの例は、例えば、１９９６年１２月３１日にＤｏｎａｌｄ  Ｒ．Ｋｒａｈｎに発行され、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第５５８９７６９号、「複数の出力信号値を受信し出力信号値を曲線に当てはめるための回路を含む位置検出装置」に開示されている。他の従来の磁気的センシングアプローチの他の例は、２０００年８月１日にＧｏｅｔｚらに発行され、また、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社にも譲渡された米国特許第６０９７１８３号、「非線形センサ領域に対する補正を備えた位置検出装置」に開示されている。従来の磁気的センシングシステムのさらなる例は、２００４年１０月１９日にＷａｙｎｅ  Ａ．Ｌａｍｂらに発行され、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第６８０６７０２号、「磁気的角位置センサ装置」に開示されている。米国特許第５５８９７６９号、第６０９７１８３号、および第６８０６７０２号は参照により本明細書に組み込まれる。一般に、こうした従来のＭＲに基づいたデバイスは、結果として生じる関数を生み出すためにプリント基板（ＰＣＢ）上に組み立てられたディスクリート部品を使用している。
【００１０】
こうした従来のＭＲに基づいたセンシングデバイス、特に角度センサは、小さな直径のパッケージという状態で実装することが必要とされるので、こうしたデバイスは、「接近フライトモード」で配置されなければならないバイアス磁石のための十分な空間が無い状況では実現可能ではない。したがって、より小さな空間しか占めない磁気回路とセンサの組合せが実装されなければならない。
【００１１】
いくつかのシステムは、絶対的な位置データを決定するためにＡＴＡＮ（アークタンジェント関数）などの単純な数学的関数と共にＡＭＲブリッジを使用する。ＡＴＡＮなどの数学的関数を使用することに伴う問題の１つは、この方法で高精度を達成するためにはＡＭＲブリッジ信号は完全正弦曲線（すなわち、Ｓｉｎ２ＸおよびＣｏｓ２Ｘ）に可能な限り近くなければならないことである。今まで、こうした目標は十分に達成されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
こうした問題を克服するためには、新しい角／回転位置センシングの枠組みおよびそのアルゴリズムが、最大の性能利益を達成するために設計されなければならない。本明細書に開示された実施形態はこれらの課題に対処しそれらを満たすものと確信する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
下記の要旨は、本発明に独自ないくつかの革新的な特徴の理解を促すために提供され、完全な説明であることは意図されない。実施形態の様々な態様の完全な理解が、全体の明細書、特許請求の範囲、図面および要約を全体として捕らえることによって得ることができる。
【００１４】
したがって、ホール効果素子および／または磁気抵抗素子に基づいた改良された磁気的センシング構成を提供することが本発明の１つの態様である。
角位置センサおよび回転位置センサを提供することが本発明の他の態様である。
【００１５】
複数の回転式に構成された磁気センサを使用して角位置検出システムおよび方法を提供することが、本発明のさらなる態様である。
ここで、本発明の上記の態様ならびに他の目的および利点が本明細書に説明されるやり方で達成されることができる。磁気的センシング方法およびシステムが開示される。一般に、その中央位置を備えたダイが用意されることができる。一群の磁気抵抗式ブリッジ回路がダイの上に配置され構成されることができる。次いで、その複数のブリッジ出力信号を発生させるために、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路を前記ダイの前記中央位置の軸の周りを回転する磁界でバイアスするように磁気バイアス素子が使用される。最後に、その位置データを決定するために複数のブリッジ出力信号が処理される。
【００１６】
したがって、２つ以上の磁気抵抗式ブリッジ回路がその中央位置を共有することができる。２つ以上の磁気抵抗式ブリッジ回路上に磁界を発生させるために、磁気バイアス素子は、磁気バイアス素子がその軸の周りを回転されるように２つ以上の磁気抵抗式ブリッジ回路に近接して配置されることができ、そこでは、磁界は、角度データおよび回転データを提供するために中央位置の周りを回転する磁気ベクトルにほぼ近接する。
【００１７】
磁気バイアス素子と磁気抵抗式ブリッジ要素とは、磁気バイアス素子と磁気抵抗式ブリッジ要素との間に形成されたギャップによって互いから分離されている。一般に、磁気抵抗式ブリッジ回路は複数のＡＭＲおよび／またはホール効果素子を含むことができる。磁気抵抗式ブリッジ回路は、本明細書でより詳細に説明される４ブリッジ４５度回転ＡＭＲアレイ構成の状態に構成されることができる。加えて、磁気バイアス素子は、０度と１８０度との角度範囲の少なくとも１つの角度から選択された回転角度でその軸の周りを回転されることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
異なる図面にわたって同じ参照番号が同一のまたは機能的に類似の要素を参照し、本明細書に組み込まれ本明細書の一部を形成する添付の図面は、実施形態をさらに説明し、本発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１９】
これらの限定されない実施例で議論される特定の数値および配置は、変更されることができ、１つまたは複数の実施形態を説明するために単に引用されたものであり、その範囲を限定することは意図されない。
【００２０】
図１は、１つの実施形態による用途に適合されることができる磁気的センシング要素１００を収容する代表的なマイクロエレクトロニック・パッケージを示す。磁気的センシング要素１００は、ＡＭＲブリッジ回路および／または増幅ＡＳＩＣデバイスとして実装されることができる。本明細書で用いられるように、用語「ブリッジ回路」と「ブリッジ」とは、同じデバイスまたは構成要素を参照するために交換可能なようにして用いられることができることに留意されたい。
【００２１】
ＡＭＲブリッジ回路として実装される場合には、磁気的センシング要素１００は、それらの正弦および余弦信号を提供するために、互いから４５度回転された２つの共通に配置されたＡＭＲブリッジ回路を含むように構成されることができる。代替として、磁気的センシング要素１００は、上記のＡＭＲブリッジ回路または他のタイプのトランスデューサを調整し、それによりそこから回転および／または角度の検出のためのデータが抽出されることができる正弦および余弦信号を提供する信号をもたらす、二重の計装用リニア増幅器を含むように実装されてもよい。
【００２２】
磁気的センシング要素１００は、ピンの形をしたこの要素の複数の電気的接点１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２４、１２６、および１２８を含む。集積回路がセンシング要素１００に収容され、集積回路はＡＭＲセンシング要素ならびに任意の関連する増幅要素を含むことができる。したがって、磁気的センシング要素１００は、角位置および／または回転位置センシングに利用されることができる。
【００２３】
図２は、１つまたは複数の実施形態による、用途に適合されることが可能なそれぞれ長方形および環状の磁石２０４および２０２を示す。環状の磁石２０２の使用は、磁石とＡＭＲブリッジ回路との間の位置の許容誤差に対する極めて低い感度をもたらす。一方、長方形の磁石２０４は、費用効果の高い解決策をもたらす物理的寸法で設計された場合には、磁石とＡＭＲブリッジ回路との間の位置の許容誤差に対するより高い感度をもたらすことができる。環状の磁石２０２は例えば圧縮成形されたＮｄＦｅＢなどの材料から形成されることができる。長方形の磁石２０４は、例えば焼結されたＮｄＦｅＢなどの材料から形成されることができる。環状の磁石２０２および長方形の磁石４０４はいくつかの可能な実施形態によって議論されているけれども、他の双極子磁石の設計が、特定の実施形態に応じて、パッケージングの要件を満たすように最適化されることができることを理解されよう。
【００２４】
図３は、１つの実施形態による実装されることが可能なバイアスシステム３００を示す。システム３００の側面図３０１がその上面図３０３と共に図３に示されることに留意されたい。図３０１および３０３の中で同じまたは類似の部分は、同じ参照番号で全体を示されることに留意されたい。システム３００は、鉄または非鉄材料から形成されることができる軸３１０を含む。軸３１０はバイアス磁石３０８に隣接して配置される。ギャップ３０９が、磁石３０８と、図１により詳しく開示された磁気的センシング要素１００との間に形成される。
【００２５】
磁石３０８は、例えば図２にそれぞれ示された長方形および環状の磁石２０４および２０２として、または磁気的センシング要素１００の上に均一な磁気バイアス磁界を発生させる磁石と磁極片の任意の組合せとして、実装されることができる。磁気的センシング要素は、アルミニウム、熱可塑物質等などの非鉄基板３０４に接続されたプリント基板（ＰＣＢ）３０２の上に配置されることができる。図３０３で、矢印３１４は、軸３１０の正または負の９０度回転を示すことに留意されたい。したがって、システム３００は１つの可能なバイアス構成を表す。
【００２６】
図４は、１つの可能な実施形態による実装されることが可能な、１つのダイの上に共通配置された２つのＡＭＲブリッジの物理的レイアウトを示す。全体として、図４は、２つのホイーストンセンシングブリッジの間に配置された８つの抵抗のレイアウトを示す。図４に示された構成は、本明細書で説明される本発明による、利用されることができる多くの可能な磁気抵抗式センシング設計のうちの１つを表すものであることが当業者には理解されよう。より少ないまたは追加の抵抗および／または抵抗パターンが所望の用途に応じて利用されることができる。
【００２７】
図４において、第１ブリッジ回路は、長方形の形をした抵抗パターン４０２、４１４、４１０および４０６（すなわち、それぞれラベル付けされた抵抗Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａ、Ｒ３ＡおよびＲ４Ａ）を含むことができ、これらの抵抗は単一のホイーストンブリッジを形成するように電気的に接続されることができる。その抵抗がブリッジＡの抵抗に対して４５度に向けられ、その形状パターンが三角形である第２ブリッジ回路（すなわちブリッジＢ）は、抵抗パターン４０４、４１６、４１２および４０８（すなわち、それぞれラベル付けされた抵抗Ｒ１Ｂ、Ｒ２Ｂ、Ｒ３ＢおよびＲ４Ｂ）から構成される。
【００２８】
図４に示された８抵抗レイアウトパターンの４軸対称性は、２センシングブリッジ配置の単に１つの例を示している。例えば、対称性がより低いまたは非対称の配置であるが同一の形状と大きさを備えた全部で８つの抵抗を有する他の８抵抗パターンも構成されることが可能である。したがって、互いに位置をずらした信号をもたらすために、少なくとも２つの別個のセンシングブリッジが共通の幾何学的中心点を共有することができ、また、互いに回転される（すなわち、他の角度も可能であるがこの場合には４５度）ことも可能である。
【００２９】
図５は、図４に示された配置に類似のＡＭＲブリッジ回路５００を示すことに留意されたい。図５に示されるように、磁石３０８などの磁石が回転すると、回路５００のＡＭＲブリッジを貫いて回転する代表的な磁界方向５０１が回転する。全体として、ＡＭＲブリッジ回路５００は、磁気抵抗素子５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４および５１６から構成される２つのＡＭＲブリッジ回路から形成される。
【００３０】
図６は、１つの実施形態による、その信号Ａおよび信号Ｂの増幅を備えたＡＭＲセンシング回路６００の概略図を示す。図６に示された回路６００は、図５に示された回路５００の電気的接続図を概略的に表すことに留意されたい。したがって、回路６００を形成する２つのブリッジ回路６０２および６０４が図６に示されている。したがって、ブリッジ回路６０２は複数の磁気抵抗素子５０２、５０６、５１０および５１４から形成され、一方、ブリッジ回路６０４は複数の磁気抵抗素子５０４、５０８、５１２および５１６から形成される。ブリッジ回路６０２は信号Ａを出力するために増幅器６０３に接続され、一方、ブリッジ回路６０４は信号Ｂを出力するために増幅器６０５に接続される。
【００３１】
図７は、ＡＭＲブリッジ回路６０２および６０４などのＡＭＲブリッジ回路の増幅されていない出力信号のグラフ７００を示す。全体として、グラフ７００は、（度で表した）回転に対するブリッジ出力の結果として計算されたデータを示す。図８は、１つの実施形態による、ＡＭＲブリッジ回路（例えばブリッジ回路６０２、６０４）についての典型的な増幅された出力信号のグラフ８００を示す。ＡＭＲブリッジからの信号は１８０度毎に繰り返し、ＳＩＮ（２Θ）関数を意味していることに留意されたい。バイアス磁石（例えば図３の磁石３０８）の北極と南極を区別するためにディジタル・ホールスイッチを加えることによって、３６０度センシング能力が容易に達成されることができる。
【００３２】
マイクロプロセッサを使用したセンサ信号を処理するための手順が実装されることが可能であることに留意されたい。一般に、図３に示されたシステム３００などの磁気的センシングシステムは、磁界を回転させセンサ信号を読み取ることによって摂氏２５度で較正されることができる。較正の期間中に以下が計算される：
オフセットＡ＝（最大  信号Ａ＋最小  信号Ａ）／２
オフセットＢ＝（最大  信号Ｂ＋最小  信号Ｂ）／２
ＡｍｐＡ＝（最大  信号Ａ−最小  信号Ａ）／２
ＡｍｐＢ＝（最大  信号Ｂ−最小  信号Ｂ）／２
Ｎ＝ＡｍｐＡ／ＡｍｐＢ
実際の動作期間中、信号はマイクロプロセッサのＡ／Ｄピンに与えられ、位置を決定するために以下の式が使用される：
信号Ａ＝電圧Ａ−オフセットＡ
信号Ｂ＝電圧Ｂ−オフセットＢ
角度＝ＡＴＡＮ（信号Ａ／（信号Ｂ×Ｎ））／２
このアプローチの背後にあるアイデアは、全てのコモンモード効果は自己補正の様式で式から落ちてゆくということである。例えば、ブリッジ信号ＡおよびＢは温度に対して同じ大きさで変化するであろう。このことが起きたとき、信号Ａおよび信号Ｂが除算されている場合は誤差が打ち消される。
【００３３】
したがって図９は、１つの実施形態による、上に示されたような信号処理アルゴリズムを実行した結果として生成されたデータを表すグラフの一例９００を示す。上記の式の中で示された「ＡＴＡＮ」の結果の値は、図９に示された直線９０２によってプロットされることができることに留意されたい。
【００３４】
図１０は一実施形態に従って実現できるバイアス磁石１００を例示している。図１０で２つの図が与えられる。バイアス磁石１００の上面図１０２がその側面図１０４と共に示される。図１１は、代替の実施形態による、実装されることが可能な環状の磁石１１００の外形構造を示す。図１１では、上面図１１０４と上面斜視図１１０６と側面図１１００と共に断面図１１０２を含む環状の磁石１１００の４つの図が与えられていることに留意されたい。一般に、環状の磁石１１００は、中央開口１１０１を含む。図１１０４では、磁化方向１１０３が示される。一般に、図１１０２は、環状の磁石１１００のＡ−Ａ断面図を表す。全体として、図１０に示された環状の磁石１１００は図２に示された環状の磁石２０２に類似していることに留意されたい。
【００３５】
図１２は、好適な実施形態による、４ブリッジ４５度回転ＡＭＲアレイシステム１２００のためのダイのレイアウトを示す。全体として、システム１２００は、ホイーストンブリッジ構成に電気接続された磁気抵抗素子から形成された４つのブリッジ回路要素１２０２、１２０４、１２０６および１２０８から成る。したがって、システム１２００は、バイアス磁石または磁気バイアス回路が軸の周りを回転され、ＡＭＲブリッジまたはブリッジ回路の上に発生された磁界が時計の針と同じように中心の周りを回転する磁気ベクトルに好適に近接している、回転式ＡＭＲセンシング構成を実装することができる。２つ以上のＡＭＲブリッジがシステム１２００の構成の中に実装されることができる。
【００３６】
図１３は、好適な実施形態による、実装されることが可能な回転式ＡＭＲアレイシステム１３００を示す。全体として、図１２〜図１３で、同一または類似の部分または構成要素は同一の参照番号によって表されることに留意されたい。したがって、図１２に示されたシステム１２００はシステム１３００に関連して利用されることができる。全体として、システム１２００の回転は、位置１３０１、１３０３、１３０７および１３０５によって示される。最初に、位置１３０１は−２２．５度の角位置を示し、次に−７．５度の角位置を示す位置１３０３が続く。矢印１３０２と１３０４と１３０６とは、結果として生じた磁気バイアス磁界の角回転または様々な回転位置にある磁気ベクトルを示すことに留意されたい。位置１３０７は＋７．５度の角位置を示し、位置１３０５は＋２２．５度の角位置を示す。図１３では磁気ベクトルは矢印Ｍで表されている。バイアス磁石または磁気回路は角度で回転する。
【００３７】
図１４は、１つの実施形態による、実装されることが可能な４ブリッジ４５度回転ＡＭＲアレイ構成についての差動ブリッジ信号を例示しているグラフ１４００を示す。したがって、グラフ１４００は、図１３に示された角運動の結果として収集されることができるデータの１つの可能な組を表す。したがって、グラフ１４００はシステム１３００に関連している。上記の実施例は４ブリッジ４５度センサ構成を説明しているけれども、２以上の任意の数のブリッジが本実施形態に従って実装されることができることに留意されたい。加えて、０度と１８０度との間の任意の回転角度が、こうした回転式ＡＭＲアレイセンシング構成に利用されることができる。こうした構成にとって１８０度が回転角度の限界であると考えられる理由は、パーマロイ（すなわちＡＭＲ）がｓｉｎ（２Θ）に比例した反応を有しその出力が１８０度毎に繰り返すからであることに留意されたい。
【００３８】
図１５は、１つの実施形態による、半円状パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路１５０２、１５０４、１５０６、１５０８、１５１０、１５１２および１５１４のシステム１５００を示す。図１６は、他の実施形態による、長円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路１５０２、１５０４、１５０６、１５０８、１５１０、１５１２および１５１４のシステム１６００を示す。
【００３９】
図１７は、１つの実施形態による、半円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路１７０２、１７０４、１７０６、１７０８、１７１０、１７１２および１７１４のシステム１７００を示す。図１８は、他の実施形態による、長円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路１７０２、１７０４、１７０６、１７０８、１７１０、１７１２および１７１４のシステム１８００を示す。
【００４０】
前述のことに基づけば、一般に、本明細書で説明された実施形態は、その中央位置を備えたダイが用意され、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路がそのダイの上に配置され構成される方法および／またはシステムを教示することを理解されよう。次いで、磁気的バイアス素子が、その複数のブリッジ出力信号を発生させるために、磁気抵抗式ブリッジ回路（すなわちトランスデューサ）をダイの中央位置の軸の周りに回転する磁界でバイアスさせるために利用される。ブリッジ出力信号は、それからその位置データを決定するために処理され得る。
【００４１】
ブリッジ出力信号を処理するために様々な磁気抵抗アレイ・アルゴリズムと方法とが利用されることができることに留意されたい。本実施形態の範囲および広さを限定することなく本明細書に示されたように、こうしたＭＲアレイ・アルゴリズムと方法とは、ダイの中央の軸の周りを回転する磁界でバイアスされるマルチブリッジトランスデューサ設計で複数の信号を処理するために組み合わせられることができる。ブリッジ出力信号を処理するために利用されることができるＭＲアレイ・アルゴリズムおよび／または方法の１つの例は、１９９６年１２月３１日にＤｏｎａｌｄ  Ｒ．Ｋｒａｈｎに発行され、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第５５８９７６９号、「複数の出力信号値を受信しその出力信号値を曲線に当てはめるための回路を含む位置検出装置」に開示されている。
【００４２】
米国特許第５５８９７６９号は、参照により本明細書に組み込まれ、全体として、経路に沿って可動である部材の位置を決定するための装置を説明している。米国特許第５５８９７６９号では、磁石が可動部材に取り付けられ、磁界トランスデューサのアレイがこの経路に隣接して配置される。磁石がトランスデューサに接近し、通過し、遠ざかるにつれて、トランスデューサは、任意のトランスデューサの代表となる単一の特性曲線によって表されることができる変化する出力信号をもたらす。可動部材の位置を決定するためにトランスデューサは電子的に走査され、データが、磁石への相対的な近接を示す出力を有する一群のトランスデューサの中から選択される。次いで、特性曲線へのデータの最良な当てはまりを決めるために曲線当てはめアルゴリズムが使用される。特性曲線を位置の軸に沿って置くことによって、磁石、したがって可動部材の位置が決定されることができる。
【００４３】
ブリッジ出力信号を処理するために利用されることができるＭＲアレイ・アルゴリズムおよび／または方法の他の例は、２０００年８月１日にＧｏｅｔｚらに発行され、また、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第６０９７１８３号、「非線形センサ領域に対する補正を備えた位置検出装置」に開示されている。米国特許第６０９７１８３号は参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、全体として、比較的長い磁石および/または小さいセンサ空隙を要求しない位置決定装置を教示している。これは、センサの非線形性による残留誤差を補正するための補正メカニズムを用意することによって好適に達成される。好適には、補正メカニズムは残留誤差を所定の関数によって近似し、残留誤差を相殺するために所定の関数に対応した選択された補正率を適用する。
【００４４】
米国特許第６０９７１８３号に示されたように、磁石は、有限長の所定の経路に沿って移動する可動部材に取り付けられることができる。磁界トランスデューサのアレイは所定の経路に隣接して配置されることができる。トランスデューサは、磁石が各トランスデューサに接近し、通過し、遠ざかるにつれて双極性の出力信号をもたらす。磁石、したがって可動部材の位置を決定するためにトランスデューサは電子的に走査され、磁石への相対的な近接を示す出力を有する一群のトランスデューサからデータが選択される。
【００４５】
次いで、所定の方法で選択されたトランスデューサの出力信号値の振幅を除することによって、比が計算されることができる。次いで、磁石の位置がこの比に補正率を適用することによって決定される。好適には、補正率はトランスデューサの非線形性を少なくとも部分的に補正する。
【００４６】
この比を計算するために好適には２つの隣接するトランスデューサが選択され、第１のトランスデューサは正の出力信号値「Ａ」を有し、第２のトランスデューサは負の出力信号値「Ｂ」を有する（これらは逆にされることもできる）。上で説明されたように、出力信号値ＡおよびＢを使用して第１および第２トランスデューサに対する磁石の位置に関係づけられた比が計算されることができる。
【００４７】
ブリッジ出力信号を処理するために利用されることができるＭＲアレイ・アルゴリズムおよび／または方法のさらなる例は、２００４年１０月１９日にＬａｍｂらに発行され、また、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社に譲渡された米国特許第６８０６７０２号、「磁気的角位置センサ装置」に開示されている。米国特許第６８０６７０２号は参照により本明細書に全体として組み込まれ、概して、回転可能なベースと回転可能なベースの上に互いに近接して置かれた２以上の磁石の使用を含む角位置センシング装置および方法を教示している。センサは、回転可能なベースに関連して角位置の変化を感知するために該センサが均一な磁界に接触するように、２つの磁石の外側に設置される。
【００４８】
センサは、これもまた磁石の外側に配置されるプリント基板（ＰＣＢ）の上に取り付けられることができる。こうしたセンサは、例えばホールセンサまたは磁気抵抗式センサとして構成されることができる。センサが磁気抵抗式センサとして構成される場合は、また、こうした磁気抵抗式センサは、磁気抵抗式ブリッジ回路の中に配置された複数の磁気抵抗素子を含むこともできる。あるいは、磁気抵抗式センサは、ホイーストンブリッジ構成に互いに一体化された２つの磁気抵抗式ブリッジ回路を含んでもよく、ここで磁気抵抗式ブリッジ回路のそれぞれは４つの磁気抵抗素子を備える。本明細書で説明されたセンサは、例えば集積回路として構成されてもよい。
【００４９】
一般に、前述の方法論は、その位置データを決定するためにブリッジ出力信号を処理するための手法を開示することに留意されたい。こうした手法は、設計の考慮によって決まる、モジュールまたは一群のモジュールの状況で実行されることができる。コンピュータプログラミング技術では、通常、「モジュール」は特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実行するルーチンおよびデータ構造の収集として実現されることができる。一般に、モジュールは２つの部分から成り立つ。第１に、ソフトウェアモジュールは、定数、データ型、変数、他のモジュールまたはルーチンによってアクセスされることができるルーチン等を挙げることができる。第２に、ソフトウェアモジュールは、専用であることが可能であり（すなわち、おそらくそのモジュールに対してだけアクセス可能であり）、そのモジュールが基づいているルーチンまたはサブルーチンを実際に実行するソースコードを含む１つの実行として構成されることができる。したがって、例えば、本明細書で使用される用語「モジュール」は、一般にソフトウェアモジュールまたはその実行を意味する。こうしたモジュールは、伝送媒体および記録可能媒体を含む信号を含んだ媒体を通して実行されることができるプログラム製品を形成するために単独でまたは一緒に利用されることができる。
【００５０】
したがって、例えば、その位置データを決定するために複数のブリッジ出力信号を処理する処理モジュールは、その中央位置を含むダイと関連して提供されることができ、そこでは、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路がダイの上に配置および／または構成される。また、こうしたモジュールは、その複数のブリッジ出力信号を発生させるために、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路をダイの中央位置の軸の周りを回転する磁界でバイアスするための磁気バイアス素子と共に用意されることもでき、ここで複数の磁気抵抗式バイアス回路は磁気バイアス素子を利用してバイアスされることができる。こうした素子は処理モジュールと共に「システム」を形成すると言うことができる。
【００５１】
こうした処理モジュールは、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路の中から選択された磁気抵抗式ブリッジ回路の複数のブリッジ出力信号の比を計算し、位置データを決定するために選択された補正率をこの比に適用することによって、位置データを決定することができる。選択された補正率はいくつかの補正率から選択されることができる。いくつかの補正率は、例えば正弦曲線関数を含む所定の関数に沿ってひとまとめにして落ちることができる。あるいは、処理モジュールは、位置データを決定するために、複数のブリッジ信号出力を１つまたは複数の曲線に当てはめ、（複数の）曲線のクロスオーバー点を利用することができる。
【００５２】
また、こうした処理モジュールは、磁気バイアス素子が（複数の）磁気抵抗式ブリッジ回路に接近し、通過し、遠ざかる間の、複数の磁気抵抗式ブリッジ回路のうちの少なくとも１つの磁気抵抗式ブリッジ回路のための特性曲線を決定し、その後で、位置データを決定するために複数のブリッジ出力信号をその特性曲線に当てはめるように構成されることもできる。
【００５３】
上に開示された、ならびに他の、態様および機能の変形例、またはそれらの代替例が、多くの他の異なるシステムまたは用途と好適に組み合わされることができることが理解されよう。また、添付の特許請求の範囲によって包含されるように意図された、現在、予測または予期されない様々な代替、変更、変形または改良が当業者によって続いて行なわれることが可能であることも理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】１つの実施形態による、用途に適合されることが可能な磁気的センシング要素を収容した代表的なマイクロエレクトロニクスパッケージを示す図である。
【図２】１つまたは複数の実施形態による、用途に適合されることが可能な長方形および環状の磁石を示す図である。
【図３】１つの実施形態による、実装されることが可能なバイアスシステムを示す図である。
【図４】１つの可能な実施形態による、実装されることが可能な２つの磁気抵抗式センシングブリッジ回路の概略図を示す図である。
【図５】１つの実施形態による、実装されることが可能なその代表的な磁界方向を含むＡＭＲブリッジ回路の代替図を示す図である。
【図６】１つの実施形態による、その信号Ａおよび信号Ｂ増幅を備えたＡＭＲセンシング回路を示す図である。
【図７】例示のための、ＡＭＲブリッジ回路の増幅されていない出力信号のグラフを示す図である。
【図８】１つの実施形態による、ＡＭＲブリッジ回路の典型的な増幅された出力信号のグラフを示す図である。
【図９】１つの実施形態による、実装されることが可能な信号処理アルゴリズムの結果として発生されたデータを表しているグラフを示す図である。
【図１０】１つの実施形態による、実装されることが可能なバイアス磁石構成を示す図である。
【図１１】１つの代替の実施形態による、実装されることが可能な環状の磁石の外形構造を示す図である。
【図１２】好適な実施形態による、４ブリッジ４５度回転ＡＭＲアレイシステムのためのダイのレイアウトを示す図である。
【図１３】好適な実施形態による、実装されることが可能な回転ＡＭＲアレイシステムを示す図である。
【図１４】１つの実施形態による、実装されることが可能な４ブリッジ４５度回転ＡＭＲアレイ構成についての出力信号を示すグラフである。
【図１５】１つの実施形態による、半円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路のシステムを示す図である。
【図１６】他の実施形態による、長円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路のシステムを示す図である。
【図１７】１つの実施形態による、半円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路のシステムを示す図である。
【図１８】他の実施形態による、長円形パターンに配置されたＡＭＲブリッジ回路のシステムを示す図である。
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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