(57)【要約】  基板（2）、基板上に配置された磁気励磁コイル（3）、磁気抵抗センサ（4）およびスイッチ集積回路（5）を備え、励起信号入力電極（6）、励起信号出力電極（7）、スイッチ回路プラス出力電極（8）、スイッチ回路マイナス出力電極（9）、電力入力電極（10）および接地電極（11）をさらに含む、磁気抵抗リレー（1）。磁気励磁コイルの端は各々、励起信号入力電極および励起信号出力電極と接続される。磁気抵抗センサからの信号は、スイッチ集積回路に送出される。プラススイッチ回路出力電極およびスイッチ回路マイナス電極はそれぞれ、スイッチ集積回路と接続される。スイッチ集積回路および磁気抵抗センサの電力入力端および接地端はそれぞれ、電力入力電極および接地電極と接続される。動作中、励起コイルからの磁場は、オン／オフ信号を提供し、この信号は、磁気抵抗センサの磁気抵抗効果を変化させるために使用され、スイッチ集積回路は、磁気抵抗センサからの信号を受け取り、これから外部出力切り換え操作が実現される。この磁気抵抗リレーは動作が容易であり、それは、低電力消費、小さなサイズ、および長い寿命を有する。
2018526900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上に配置された磁気励磁コイル、磁気抵抗センサおよびスイッチ集積回路を備え、励起信号入力電極、励起信号出力電極、スイッチ回路プラス出力電極、スイッチ回路マイナス出力電極、電力入力電極および接地電極をさらに備え、前記磁気励磁コイルの端は各々、前記励起信号入力電極および前記励起信号出力電極と接続され、前記磁気抵抗センサからの信号は、前記スイッチ集積回路に送出され、前記スイッチ回路プラス出力電極および前記スイッチ回路マイナス出力電極はそれぞれ、前記スイッチ集積回路と接続され、前記スイッチ集積回路および前記磁気抵抗センサの電力入力端および接地端はそれぞれ、前記電力入力電極および前記接地電極と接続され、動作中、前記励起コイルからの磁場は、オン／オフ信号を提供し、この信号は、前記磁気抵抗センサの磁気抵抗効果を変化させるために使用され、前記スイッチ集積回路は、前記磁気抵抗センサからの信号を受け取り、これから外部出力切り換え操作が実現される、磁気抵抗リレー。
【請求項２】
前記磁気抵抗センサは、TMR、GMRまたはAMR磁気抵抗センサである、請求項1に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項３】
前記磁気抵抗センサは、基準ブリッジ磁気抵抗センサまたはプッシュプルブリッジ磁気抵抗センサである、請求項2に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項４】
前記基準ブリッジ磁気抵抗センサまたは前記プッシュプルブリッジ磁気抵抗センサは、フルブリッジ、ハーフブリッジまたは準ブリッジ構造のものである、請求項3に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項５】
前記磁気励磁コイルは、平面コイルまたは三次元コイルである、請求項3に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項６】
前記平面コイルは、反対の電流方向を有する２つの領域を備えるスパイラルコイルであり、前記領域はいずれも、平行に配列されたN個の細長い一直線のワイヤを備え、前記細長い一直線のワイヤは、同じ長さおよび幅を有し、前記細長い一直線のワイヤは、同じ間隔だけ分離され、Nは、正の整数である、請求項5に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項７】
前記プッシュプル磁気抵抗センサのプッシュアームおよびプルアームは、前記スパイラルコイルの前記2つの領域にそれぞれ配置され、前記プッシュアームおよび前記プルアームは各々、M個の磁気抵抗検知ユニットストリングを備え、前記磁気抵抗検知ユニットストリングはいずれも、K個の磁気抵抗検知ユニットを備え、M*K個の磁気抵抗検知ユニットは、2ポート構造を形成するように相互接続され、前記磁気抵抗検知ユニットの高感度軸は、前記領域の前記細長い一直線のワイヤに対し垂直であり、対応する領域における前記プッシュアームの前記磁気抵抗検知ユニットと、平行に配列された前記N個の細長い一直線のワイヤとの間の位置関係は、対応する領域における前記プルアームの前記磁気抵抗検知ユニットと、平行に配列された前記細長い一直線のワイヤとの間の位置関係と同一であり、MおよびKは両方とも正の整数である、請求項6に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項８】
前記基準ブリッジ磁気抵抗センサの基準アームおよび高感度アームは両方とも、前記スパイラルコイルの中心領域に配置され、前記中心領域にはワイヤは存在せず、軟強磁性磁束遮蔽層が前記基準アームをカバーする、請求項6に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項９】
前記平面コイルは、交互に配列されたN個の細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2を備え、前記細長い一直線のワイヤ1および前記細長い一直線のワイヤ2は、互いに平行であり、任意の2つの隣接する細長い一直線のワイヤは、同じ間隔だけ分離され、隣接する細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2の端は直列に接続され、前記細長い一直線のワイヤ1および前記細長い一直線のワイヤ2は、同じサイズを有するが反対の電流方向を有する、請求項5に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１０】
前記プッシュプル磁気抵抗センサは、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングを備え、前記プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検知ユニットストリングは、前記細長い一直線のワイヤ1および前記細長い一直線のワイヤ2の上または下に交互に配置される、請求項9に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１１】
前記基準ブリッジ磁気抵抗センサは、基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび高感度磁気抵抗検知ユニットストリングを備え、前記高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、前記隣接する細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2の中央位置の真上または真下に配置され、前記高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、前記細長い一直線のワイヤ1または細長い一直線のワイヤ2の真上または真下に配置される、請求項9に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１２】
磁気遮蔽層をさらに備え、前記磁気抵抗センサは、前記磁気遮蔽層と前記磁気励磁コイルとの間に配置される、請求項1から11のいずれかに記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１３】
前記三次元コイルは、ソレノイドコイルであり、前記基準ブリッジ磁気抵抗センサは、基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび高感度磁気抵抗検知ユニットストリングを備え、前記基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび前記高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、前記ソレノイドの軸に沿って別個に配置される、請求項5に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１４】
前記三次元コイルは、直列に接続された２つのソレノイドコイルを備え、前記２つのソレノイドコイルは、反対の巻き方向を有し、前記プッシュプル磁気抵抗センサは、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングを備え、前記プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検知ユニットストリングは、前記２つのソレノイドの軸に沿って別個に配置される、請求項5に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１５】
前記磁気抵抗リレーの動作モードがシングルポイント動作モードである場合、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIon-offより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIon-offより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、前記磁気抵抗リレーの動作モードが二極動作モードである場合、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIoffより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、前記磁気抵抗リレーの動作モードが単極動作モードである場合、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの逆方向電流がIoffより大きい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、前記磁気抵抗リレーの動作モードが両極動作モードである場合、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIon1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつ前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの順方向電流がIoff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換えるか、あるいは、前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの逆方向電流が-Ion1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつ前記スイッチ集積回路は、前記励起コイルの逆方向電流が-Ioff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換える、請求項1に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１６】
前記スイッチ集積回路は、ローパスフィルタ、増幅器、コンパレータ、ドライブラッチ制御回路およびMOSFETチューブを備え、前記ローパスフィルタは、前記磁気抵抗センサの出力信号と接続され、前記増幅器は、前記ローパスフィルタと接続され、前記コンパレータは、前記増幅器と接続され、前記コンパレータの出力結果は、前記ドライブラッチ制御回路に伝送され、前記ドライブラッチ制御回路は、前記MOSFETチューブのオン／オフをドライブし、前記MOSFETは、外部回路と接続される、請求項1に記載の磁気抵抗リレー。
【請求項１７】
2つのMOSFETチューブを有し、前記2つのMOSFETチューブのゲートは相互接続され、前記MOSFETチューブのうちの1つのソースは、他のMOSFETチューブのドレインと相互接続され、前記2つの相互接続されたゲートは、それぞれ前記ドライブラッチ制御回路と接続され、前記2つのMOSFETチューブの残りのソースおよびドレイン端は、前記外部回路と接続される、請求項16に記載の磁気抵抗リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサの分野に関し、特に磁気抵抗リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
リレーは、一般の電子デバイスとして、回路のオン／オフを制御するように構成される。一般のリレーは、機械電子リレーを含み、それは、リレー電機子のオン／オフを制御することによって回路のオン／オフを制御するように、電機子上で働くために励起コイルを使用することによって電磁場を発生させる。機械電子リレーの最大の問題は、それが電機子の機械的なオンおよびオフに依拠し、かくして容易に衝突を引き起こし、限られた寿命を有することである。
【０００３】
別の一般のリレーはさらに、リードスイッチリレーを含む。リードスイッチに電磁場を印加することにより、電磁場がイネーブルにされた場合にリードスイッチがオフにされるので、回路がオンに切り換えられる。磁場がイネーブルにされた磁場より小さい場合、リードスイッチはオフにされる。リードスイッチリレーもまた、機械的なオン／オフのタイプのものであり、同様に容易に衝突を引き起こす。
【０００４】
リードスイッチと同様に、磁気抵抗センサもまた、磁気抵抗スイッチとして設計され得るが、磁気抵抗スイッチが機械的なオン／オフの問題を有さず、オン／オフが電子スイッチを使用することによって制御される、という点で有利である。したがって、理論上の耐用年数は無限であることができる。結果として、磁気抵抗スイッチが集積電磁コイルを使用することによって磁気抵抗リレーへと作られる場合、それは、リードスイッチに取って代わるように使用されることができ、パフォーマンスの観点でリードスイッチリレーより優れているであろう。そのうえ、磁気抵抗スイッチはさらに、以下の問題、すなわち、一般の磁気抵抗スイッチは、高レベル信号および低レベル信号を含むデジタル信号を出力する、という問題を有する。リレーに適用可能な磁気抵抗スイッチは、オン／オフ信号をシミュレートするように設計される必要があり、外部回路へのアクセスおよび外部回路にわたる制御を実現でき、大電力機能を有する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、オン／オフ信号をシミュレートするように設計され、外部回路へのアクセスおよび外部回路にわたる制御を実現することができ、大電力機能を有する磁気抵抗リレーを提供する。
【０００６】
本発明において提供される磁気抵抗リレーは、基板、基板上に配置された磁気励磁コイル、磁気抵抗センサおよびスイッチ集積回路を含み、励起信号入力電極、励起信号出力電極、スイッチ回路プラス出力電極、スイッチ回路マイナス出力電極、電力入力電極および接地電極をさらに含み、磁気励磁コイルの端は各々、励起信号入力電極および励起信号出力電極と接続され、スイッチ集積回路および磁気抵抗センサの電力入力端および接地端はそれぞれ、電力入力電極および接地電極と接続され、動作中、励起コイルからの磁場は、オン／オフ信号を提供し、この信号は、磁気抵抗センサの磁気抵抗効果を変化させるために使用され、スイッチ集積回路は、磁気抵抗センサからの信号を受け取り、これから外部出力切り換え操作が実現される。
【０００７】
磁気抵抗センサは、TMR、GMRまたはAMR磁気抵抗センサである。
【０００８】
磁気抵抗センサは、基準ブリッジ磁気抵抗センサまたはプッシュプルブリッジ磁気抵抗センサである。
【０００９】
基準ブリッジ磁気抵抗センサまたはプッシュプルブリッジ磁気抵抗センサは、フルブリッジ、ハーフブリッジまたは準ブリッジ構造のものである。
【００１０】
磁気励磁コイルは、平面コイルまたは三次元コイルである。
【００１１】
平面コイルは、反対の電流方向を有する2つの領域を含むスパイラルコイルであり、領域はいずれも、平行に配列されたN個の細長い一直線のワイヤを含み、細長い一直線のワイヤは、同じ長さおよび幅を有し、細長い一直線のワイヤは、同じ間隔だけ分離され、Nは、正の整数である。
【００１２】
プッシュプル磁気抵抗センサのプッシュアームおよびプルアームは、スパイラルコイルの2つの領域にそれぞれ配置される。プッシュアームおよびプルアームは各々、M個の磁気抵抗検知ユニットストリングを含む。磁気抵抗検知ユニットストリングはいずれも、K個の磁気抵抗検知ユニットを含み、M*K個の磁気抵抗検知ユニットは、2ポート構造を形成するように相互接続される。磁気抵抗検知ユニットの高感度軸は、領域の細長い一直線のワイヤに対し垂直であり、対応する領域におけるプッシュアームの磁気抵抗検知ユニットと、平行に配列されたN個の細長い一直線のワイヤとの間の位置関係は、対応する領域におけるプルアームの磁気抵抗検知ユニットと、平行に配列された細長い一直線のワイヤとの間の位置関係と同一であり、MおよびKは両方とも正の整数である。
【００１３】
基準ブリッジ磁気抵抗センサの基準アームおよび高感度アームは両方とも、スパイラルコイルの中心領域に配置される。中心領域にはワイヤは存在せず、軟強磁性磁束遮蔽層が基準アームをカバーする。
【００１４】
平面コイルは、交互に配列されたN個の細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2を含む。細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2は、互いに平行であり、任意の2つの隣接する細長い一直線のワイヤは、同じ間隔だけ分離される。隣接する細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2の端は直列に接続される。細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2は、同じサイズを有するが反対の電流方向を有する。
【００１５】
プッシュプル磁気抵抗センサは、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングを含む。プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングは、細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2の上または下に交互に配置される。
【００１６】
基準ブリッジ磁気抵抗センサは、基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび高感度磁気抵抗検知ユニットストリングを含み、高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、隣接する細長い一直線のワイヤ1および細長い一直線のワイヤ2の中央位置の真上または真下に配置され、高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、細長い一直線のワイヤ1または細長い一直線のワイヤ2の真上または真下に配置される。
【００１７】
磁気遮蔽層がさらに含まれる。磁気抵抗センサは、磁気遮蔽層と磁気励磁コイルとの間に配置される。
【００１８】
三次元コイルは、ソレノイドコイルであり、基準ブリッジ磁気抵抗センサは、基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび高感度磁気抵抗検知ユニットストリングを含む。基準磁気抵抗検知ユニットストリングおよび高感度磁気抵抗検知ユニットストリングは、ソレノイドの軸に沿って別個に配置される。
【００１９】
三次元コイルは、直列に接続された2つのソレノイドコイルを含み、2つのソレノイドコイルは、反対の巻き方向を有する。プッシュプル磁気抵抗センサは、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングを含む。プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングは、2つのソレノイドの軸に沿って別個に配置される。
【００２０】
磁気抵抗リレーの動作モードがシングルポイント動作モードである場合、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon-offより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon-offより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、磁気抵抗リレーの動作モードが二極動作モードである場合、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIoffより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、磁気抵抗リレーの動作モードが単極動作モードである場合、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流がIoffより大きい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換え、
または、磁気抵抗リレーの動作モードが両極動作モードである場合、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつスイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIoff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換えるか、あるいは、スイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流が-Ion1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつスイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流が-Ioff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換える。
【００２１】
スイッチ集積回路は、ローパスフィルタ、増幅器、コンパレータ、ドライブラッチ制御回路およびMOSFETチューブを含む。ローパスフィルタは、磁気抵抗センサの出力信号と接続され、増幅器は、ローパスフィルタと接続され、コンパレータは、増幅器と接続され、コンパレータの出力結果は、ドライブラッチ制御回路に伝送され、ドライブラッチ制御回路は、MOSFETチューブのオン／オフをドライブし、MOSFETは、外部回路と接続される。
【００２２】
2つのMOSFETチューブが存在する。2つのMOSFETチューブのゲートは相互接続される。MOSFETチューブのうちの1つのソースは、他のMOSFETチューブのドレインと相互接続され、2つの相互接続されたゲートは、それぞれドライブラッチ制御回路と接続される。2つのMOSFETチューブの残りのソースおよびドレイン端は、外部回路と接続される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】磁気抵抗リレーの模式図である。
【図２】磁気抵抗リレーの第1の断面図である。
【図３】磁気抵抗リレーの第2の断面図である。
【図４】磁気抵抗センサの構造図である。
【図５】平面スパイラルコイルおよび磁気抵抗センサの第1の分布構造図である。
【図６】平面スパイラルコイルおよび磁気抵抗センサの第2の分布構造図である。
【図７】コイル上の磁気抵抗センサアレイの第1の分布図である。
【図８】コイル上の磁気抵抗センサアレイの第2の分布図である。
【図９】ツイスト平面コイルおよびプッシュプル磁気抵抗センサの分布構造図である。
【図１０】ツイスト平面コイルおよび基準ブリッジ磁気抵抗センサの分布構造図である。
【図１１】三次元ソレノイドコイルおよび基準ブリッジ磁気抵抗センサの構造図である。
【図１２】三次元ソレノイドコイルおよびプッシュプル磁気抵抗センサの構造図である。
【図１３】磁気抵抗リレーのシングルポイント動作モードの図である。
【図１４】磁気抵抗リレーの二極動作モードの図である。
【図１５】磁気抵抗リレーの単極動作モードの図である。
【図１６】磁気抵抗リレーの両極動作モードの図である。
【図１７】磁気抵抗リレーの信号処理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、添付図面および実施形態に関連して詳細に説明される。
【実施例１】
【００２５】
図1は、基板2、基板2上に配置された磁気励磁コイル3、磁気抵抗センサ4およびスイッチ集積回路5を含み、励起信号入力電極6、出力電極7、スイッチ回路プラス出力電極8、出力電極9、電力入力電極10および接地電極11をさらに含む磁気抵抗リレー1の構造図である。磁気励磁コイル3の端は各々、励起信号入力電極6および励起信号出力電極7と接続される。磁気抵抗センサ4からの信号は、スイッチ集積回路5に送出される。プラススイッチ回路出力電極8およびスイッチ回路マイナス電極9はそれぞれ、スイッチ集積回路5と接続される。磁気抵抗センサ4の電力入力端および接地端はそれぞれ、電力入力電極10および接地電極11と接続される。スイッチ集積回路5の電力入力端および接地端はそれぞれ、電力入力電極10および接地電極11と接続される。原理は、励起コイル3からの磁場が励磁場信号Hexを提供し、この信号が磁気抵抗センサ4の磁気抵抗効果を変化させるために使用され、スイッチ集積回路5が磁気抵抗センサから出力信号Voutを受け取り、スイッチ集積回路5が励起コイル3の信号にしたがって外部出力切り換え操作を実現するというものである。
【実施例２】
【００２６】
図2および図3は、それぞれ磁気抵抗リレーの2つの断面図である。図2および図3における磁気抵抗センサの構造は、基板21および31、基板上に配置された平面コイル22および32、平面コイル22および32の上面上に配置された磁気抵抗センサ23および33、磁気抵抗センサ23および33の上に配置された磁気遮蔽層24および34を含む。磁気抵抗センサは、励起コイルと磁気遮蔽プレートとの間に配置される。したがって、別の可能な順序は、磁気遮蔽層、磁気抵抗センサおよび励起コイルが基板上に連続的に配置されるものであり得る。図2と図3の差は、励起コイル22および32の構造の差である。図2において、コイル22はスパイラル構造のものであり、中心領域に関し、2つの側のコイルワイヤは反対の電流方向を有し、同一の側のコイルワイヤは同じ電流方向を有する。しかしながら図3では、隣接するコイルワイヤが反対の回路方向を有する。
【実施例３】
【００２７】
図4は、磁気抵抗センサの構造図である。図4aは、基準ハーフブリッジ構造を示し、図4bは、プッシュプルハーフブリッジ構造を示し、図4cは、基準フルブリッジ構造を示し、図4dは、プッシュプルフルブリッジ構造を示す。そのうえ、準ブリッジ構造がさらに含まれる。
【実施例４】
【００２８】
図5および図6は、2つの典型的な平面スパイラルコイルおよび平面コイル上の磁気抵抗センサの分布を示す図である。構造40および50において、41および51は、磁気遮蔽層を表し、42および52は両方とも、スパイラルコイルを表し、ここで、42は、多角形構造のものであり、52は、四辺形構造のものであり、42は、2つのセクション領域43および44を含み、52は、2つのセクション領域53および54を含み、2つの領域43および44および2つの領域53および54は各々、細長い一直線のワイヤの複数のセクションを含む。細長い一直線のワイヤは、同じ長さおよび幅を有し、隣接する細長い一直線のワイヤは、同じ間隔だけ分離され、2つの領域における細長い一直線のワイヤは、反対の電流方向を有する。したがって、2つの領域43および44および2つの領域53および54は各々、対称の磁場分布特徴を有し、すなわち、2つの領域における電流方向に対し垂直な磁場分布特徴は反対であり、これは、プッシュプル磁気抵抗センサのプッシュアームおよびプルアームの配置のための条件を提供する。
【００２９】
構造40および50において、プッシュプル磁気抵抗センサは、フルブリッジ構造のものであり、2つのプッシュアームおよび2つのプルアームを含み、かくして全体で4つの領域を形成する。構造40において、プッシュ領域43は、プッシュアームを配置するための2つの小領域45および48を含み、プル領域44は、プルアームを配置するための2つの小領域46および47を含む。図中の構造50において、プッシュ領域53は、プッシュアームを配置するための2つの小領域57および56を含み、プル領域54は、プルアームを配置するための2つの小領域55および58を含む。
【００３０】
図7および図8は、プッシュアーム領域またはプルアーム領域における磁気抵抗検知ユニットの配列および接続を示す図である。磁気抵抗検知ユニットは、アレイへと配列される。すべての磁気抵抗検知ユニットは、電流方向に対し垂直な、磁気に対し高感度な方向を有し、並列接続または直列接続によって2ポートでプッシュアーム構造またはプルアーム構造を形成する。図7および図8において、磁気抵抗検知ユニットは、磁気抵抗検知ユニットストリングを形成するように直列に接続され、それらが続いて、2ポート構造を形成するように直列に接続される。図7において、磁気抵抗検知ユニットストリングは、細長い一直線のワイヤと平行であり、図8において、磁気抵抗検知ユニットストリングは、細長い一直線のワイヤに対し垂直である。磁気抵抗検知ユニットは領域においてコイルの真上または真下に配置されるということが指摘されるべきである。磁気抵抗検知ユニットは、ワイヤの中心の真上または真下に配置されることができ、中心位置から離れて配置されることもでき、たとえば、ワイヤの間隙に配置されることもできる。これは、磁気抵抗検知ユニットによって検知される磁場は異なるが、異なる場所での磁場の大きさはすべてコイルの電流強度に比例し、したがって、プッシュアームおよびプルアームの全体の抵抗もまた電流強度に比例するからである。プッシュアームおよびプルアームが設置された領域における磁気抵抗検知ユニットは、細長い一直線のワイヤの完全に同じ分布を有し、したがって、プッシュアームおよびプルアームの全体の抵抗の変化は、完全に同じであり、プッシュプルフルブリッジ磁気抵抗センサ全体の出力は、電流の振幅の変化に比例するであろう。
【実施例５】
【００３１】
図9および図10は、ツイスト平面コイルおよび磁気抵抗センサの磁気抵抗検知ユニットストリングの分布特徴を示す。図9および図10にそれぞれ対応する構造図60および70において、61および71は、磁気遮蔽層を表し、62および72は、等しい間隔で平行に配列された複数の細長い一直線のワイヤを含むツイスト平面コイルを表す。細長い一直線のワイヤは、同じ長さおよび幅を有し、隣接する2つの細長い一直線のワイヤは、直列に接続されるが、反対の電流方向を有する。図10において、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリング63およびプル磁気抵抗検知ユニットストリング65は、隣接する2つの細長い一直線のワイヤの真上または真下に交互に配置される。続いて、プッシュ磁気抵抗検知ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検知ユニットストリングはそれぞれ、プッシュアームおよびプルアームを形成するように相互接続される。プッシュアームおよびプルアームは、プッシュプルブリッジ構造を形成するように相互接続される。図10は、基準ブリッジ構造の磁気抵抗センサに対応し、基準磁気抵抗検知ユニットストリング73および高感度磁気抵抗検知ユニットストリング75が、2つの隣接する細長い一直線のワイヤ間の中心位置および中心位置に隣接する細長いワイヤの真上または真下に交互に配置され、両方とも順方向電流または逆方向電流を有する。
【実施例６】
【００３２】
図11および図12は、三次元コイルおよび磁気抵抗検知ユニットストリングの分布構造図である。構造200において、三次元コイルに含まれる上部コイル201および下部コイル202の電流方向は、図中に示すように反対の電流方向を有する。203は、基準ブリッジ磁気抵抗センサを表す。基準ブリッジ磁気抵抗センサの基準アームは、強磁性遮蔽層、特に軟強磁性磁束遮蔽層を含む。三次元コイルは、ソレノイドコイルでもよく、または三次元ソレノイドと呼ばれ得る。
【００３３】
図12の三次元ソレノイドは、反対方向に巻かれた2つのソレノイド301および302を含む。プッシュ磁気抵抗検知ユニット303およびプル磁気抵抗検知ユニット304はそれぞれソレノイド301および302に配置され、両者は反対の磁場方向を有するので、プッシュプル磁気抵抗センサブリッジが形成される。
【実施例７】
【００３４】
図13から図16はそれぞれ、磁気抵抗リレーの4つの動作モードを示す。図13は、シングルポイント動作モードを示し、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon-offより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon-offより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換える。
【００３５】
図14は、二極動作モードを示し、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIoffより小さい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換える。
【００３６】
図15は、単極動作モードを示し、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIonより大きい場合にのみオフ状態からオン状態に切り換え、スイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流がIoffより大きい場合にのみオン状態からオフ状態に切り換える。
【００３７】
図16は、両極動作モードを示し、スイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIon1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつスイッチ集積回路は、励起コイルの順方向電流がIoff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換えるか、または、スイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流が-Ion1より大きい場合にオフ状態からオン状態に切り換え、かつスイッチ集積回路は、励起コイルの逆方向電流が-Ioff1より小さい場合にオン状態からオフ状態に切り換える。
【実施例８】
【００３８】
図17は、磁気抵抗リレーの信号処理図である。図において、100は磁気抵抗センサを表し、それはこの実施例ではハーフブリッジ磁気抵抗センサであり、101はスイッチ集積回路を表し、102は外部回路を表す。磁気抵抗センサ100の出力信号は、ローパスフィルタ103を通過した後にノイズ除去され、続いて増幅器104によって増幅される。信号は、コンパレータ105によって基準電圧と比較され、信号は、ラッチ、制御およびドライブ回路106に出力される。107および108を駆動することによって形成されたMOSFETチューブスイッチにおいて、2つのMOSFETチューブ107および108のゲートは相互接続され、107のソースおよび108のドレインが相互接続され、2つの相互接続は、106の出力端に極方向に接続される。外部回路102は、107のドレインおよび108のソースに接続される。動作中、磁気抵抗リレーの磁気抵抗センサ100によって出力された磁気応答信号は、フィルタ103、増幅器104およびコンパレータ105を通って、106の制御、ラッチおよびドライブ信号へと変換され、2つのMOSFETチューブ107および108によって形成されたスイッチのオン／オフを制御し、そのようにして外部回路102のスイッチ動作が実現され得る。
【００３９】
本発明の特定の実施形態が添付図面に関連して説明されている。多くの変更が本発明の範囲および精神から逸脱せずに従来技術および方法になされ得ることは明らかである。本発明の技術分野において、通常の知識が得られる限りさまざまな変形が本発明の技術分野の範囲内でなされ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図４（ｄ）】
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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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【国際調査報告】
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