(57)【要約】  磁場センサ及び関連する方法は、ＡＣ混合電流で駆動される１つ又は複数の磁気抵抗素子を使用し、ＡＣ混合磁場を受けて、１つ又は複数の磁気抵抗素子の伝達曲線の勾配に関連するＤＣ電圧信号又はＤＣ電圧信号成分を生成する。
2018531383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知された外部磁場を検知するための磁場センサであって、
ブリッジ配置された第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子であって、第１の接合ノードが前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とを直列に結合し、第２の接合ノードが前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とを直列に結合し、前記ブリッジが前記第１の接合ノードと前記第２の接合ノードとの間にブリッジ出力信号を生成する、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子と、
第１及び第２のＡＣ混合電流を生成するように動作可能な少なくとも１つの電流生成回路であって、前記第１のＡＣ混合電流は前記第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記第２のＡＣ混合電流は前記第３及び第４の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記第１及び第２のＡＣ混合電流はそれぞれ、同じ周波数又は異なる周波数である第１及び第２のＡＣ電流周波数をそれぞれ有する第１及び第２のＡＣ電流成分を有する、少なくとも１つの電流生成回路と、
前記第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子にそれぞれ近接する第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生成するように動作可能な少なくとも１つの磁場生成回路であって、前記第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ磁場成分を有し、前記第１及び第２のＡＣ磁場成分は、前記第１のＡＣ電流周波数と同じ第１のＡＣ磁場周波数を有し、前記第３及び第４のＡＣ磁場成分は、前記第２のＡＣ電流周波数と同じ周波数の第２のＡＣ磁場周波数を有し、前記第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場は、前記検知された外部磁場の変化に応じて値が変化する第１のＤＣ成分を含む前記ブリッジ出力信号を生じさせる、少なくとも１つの磁場生成回路と、
を含む磁場センサ。
【請求項２】
前記ブリッジ出力信号を表す信号を受信するように結合された比較器であって、前記比較器は、前記ブリッジ出力信号を表す前記信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するように動作可能である、比較器をさらに含む、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項３】
前記比較器と前記第１及び第２の接合ノードとの間に結合されたフィルタであって、前記フィルタは前記第１及び第２の磁場周波数のうちの１つ又は複数で前記ブリッジ出力信号の１つ又は複数のＡＣ成分を除去するように選択され、前記フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、前記比較器は前記ブリッジ出力信号を表す前記信号として前記フィルタリングされた信号を受信するように結合される、フィルタをさらに含む、
請求項２に記載の磁場センサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの磁場生成回路及び前記少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、前記第１のＡＣ混合電流は、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせ、前記第２のＡＣ混合電流は、前記第３及び第４のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの磁場生成回路は、
前記第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源と、
前記第２の磁気抵抗素子に近接して配設された第２の磁場源と、
前記第３の磁気抵抗素子に近接する第３の磁場源と、
前記第４の磁気抵抗素子に近接する第４の磁場源と、を含み、
前記第１の磁場源は、前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、前記第２の磁場源は、前記第２の磁気抵抗素子に近接する前記第２のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、前記第３の磁場源は、前記第３の磁気抵抗素子に近接する前記第３のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、前記第４の磁場源は、前記第４の磁気抵抗素子に近接する前記第４のＡＣ混合磁場を生成するように構成される、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項６】
前記ブリッジは基板上に配置され、前記第１の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体を含み、前記第２の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第２の電流導体を含み、前記第３の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第３の電流導体を含み、前記第４の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第４の電流導体を含む、
請求項５に記載の磁場センサ。
【請求項７】
前記第１及び第２の電流導体は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合され、前記第３及び第４の電流導体は、前記第３及び第４の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項６に記載の磁場センサ。
【請求項８】
前記第１、第２、第３及び第４の磁場はそれぞれ、前記第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子の第１、第２、第３及び第４の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する、
請求項１に記載の磁場センサ。
【請求項９】
検知された外部磁場を検知する方法であって、
ブリッジ配置された第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子を設けるステップであって、第１の接合ノードが前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子とを直列に結合し、第２の接合ノードが前記第３の磁気抵抗素子と前記第４の磁気抵抗素子とを直列に結合し、前記ブリッジが前記第１の接合ノードと前記第２の接合ノードとの間にブリッジ出力信号を生成する、ステップと、
第１及び第２のＡＣ混合電流を生成するステップであって、前記第１のＡＣ混合電流は前記第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記第２のＡＣ混合電流は前記第３及び第４の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記第１及び第２のＡＣ混合電流はそれぞれ、同じ周波数又は異なる周波数である第１及び第２のＡＣ電流周波数をそれぞれ有する第１及び第２のＡＣ電流成分を有する、ステップと、
前記第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子にそれぞれ近接する第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生成するステップであって、前記第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ磁場成分を有し、前記第１及び第２のＡＣ磁場成分は、前記第１のＡＣ電流周波数と同じ第１のＡＣ磁場周波数を有し、前記第３及び第４のＡＣ磁場成分は、前記第２のＡＣ電流周波数と同じ第２のＡＣ磁場周波数を有し、前記第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場は、前記検知された外部磁場の変化に応じて値が変化する第１のＤＣ成分を含む前記ブリッジ出力信号を生じさせる、ステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
前記ブリッジ出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２のＡＣ磁場周波数のうちの１つ又は複数で前記ブリッジ出力信号の１つ又は複数のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップであって、フィルタリングする前記ステップは、フィルタリングされた信号を生成し、前記フィルタリングされた信号は、前記比較するステップで使用される前記ブリッジ出力信号を表す前記信号に対応する、フィルタリングするステップをさらに含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のＡＣ混合電流は、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせ、前記第２のＡＣ混合電流は、前記第３及び第４のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ブリッジは基板上に配置され、前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体で前記第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、
前記第２の磁気抵抗素子に近接する前記第２のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板導体上又は前記基板導体内に配設された第２の電流導体で前記第２のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、
前記第３の磁気抵抗素子に近接する前記第３のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第３の電流導体で前記第３のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、
前記第４の磁気抵抗素子に近接する前記第４のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第４の電流導体で前記第４のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の電流導体は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合され、前記第３及び第４の電流導体は、前記第３及び第４の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、前記第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子の第１、第２、第３及び第４の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する、
請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
検知された外部磁場を検知するための磁場センサであって、
第１のノード及び第２のノードを有する第１の磁気抵抗素子と、
ＡＣ混合電流を生成するように動作可能な少なくとも１つの電流生成回路であって、前記ＡＣ混合電流は前記第１の磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記ＡＣ混合電流はＡＣ電流周波数を有するＡＣ電流成分を有する、少なくとも１つの電流生成回路と、
前記第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するように動作可能な少なくとも１つの磁場生成回路であって、前記第１のＡＣ混合磁場は、前記ＡＣ電流周波数と同じＡＣ磁場周波数を有する第１のＡＣ磁場成分を有し、前記第１のＡＣ混合磁場は、前記第１の磁気抵抗素子の前記第１のノード又は前記第２のノードに現れる出力信号を生じさせ、前記出力信号は、前記検知された外部磁場の変化に応じて値が変化するＤＣ成分を含む、少なくとも１つの磁場生成回路と、
を含む磁場センサ。
【請求項１７】
前記出力信号を表す信号を受信するように結合され、前記出力信号を表す前記信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する近接比較信号を生成するように構成された比較器をさらに含む、
請求項１６に記載の磁場センサ。
【請求項１８】
前記第１の磁気抵抗素子と前記比較器との間に結合されたフィルタであって、前記フィルタは前記ＡＣ磁場周波数で前記出力信号のＡＣ成分を除去するように選択され、前記フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、前記比較器は前記出力信号を表す前記信号として前記フィルタリングされた信号を受信するように結合される、フィルタをさらに含む、
請求項１７に記載の磁場センサ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの磁場生成回路及び前記少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、前記電流は、前記第１のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項１６に記載の磁場センサ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの磁場生成回路は、
前記第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源を含み、前記第１の磁場源は、前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成される、
請求項１６に記載の磁場センサ。
【請求項２１】
前記第１の磁気抵抗素子は基板上に配設され、前記第１の少なくとも１つの磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体を含む、
請求項２０に記載の磁場センサ。
【請求項２２】
前記第１の電流導体は、前記第１の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項２１に記載の磁場センサ。
【請求項２３】
第１のノード及び第２のノードを有する第２の磁気抵抗素子であって、前記第２の磁気抵抗素子の前記第１のノードに結合された前記第１の磁気抵抗素子の前記第２のノードは、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子を直列に結合する接合ノードを形成し、前記電流は、前記第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記少なくとも１つの磁場生成回路は、前記第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するようにさらに動作可能であり、前記第２のＡＣ混合磁場は、前記ＡＣ磁場周波数を有する第２のＡＣ磁場成分を有し、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場は、前記接合ノードに現れる前記出力信号を生じさせる、第２の磁気抵抗素子をさらに含む、
請求項１６に記載の磁場センサ。
【請求項２４】
前記出力信号を表す信号を受信するように結合され、前記出力信号を表す前記信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する出力信号を生成するように構成された比較器をさらに含む、
請求項２３に記載の磁場センサ。
【請求項２５】
前記接合ノードと前記比較器との間に結合されたフィルタであって、前記フィルタは前記ＡＣ磁場周波数で前記出力信号のＡＣ成分を除去するように選択され、前記フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、前記比較器は前記出力信号を表す前記信号として前記フィルタリングされた信号を受信するように結合される、フィルタをさらに含む、
請求項２４に記載の磁場センサ。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの磁場生成回路及び前記少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、前記電流は、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項２３に記載の磁場センサ。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの磁場生成回路は、
前記第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源と、
前記第２の磁気抵抗素子に近接して配設された第２の磁場源と、を含み、
前記第１の磁場源は、前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、前記第２の磁場源は、前記第２の磁気抵抗素子に近接する前記第２のＡＣ混合磁場を生成するように構成される、
請求項２３に記載の磁場センサ。
【請求項２８】
前記第１及び第２の磁気抵抗素子は基板上に配設され、前記第１の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体を含み、前記第２の磁場源は、前記基板上又は前記基板内に配設された第２の電流導体を含む、
請求項２７に記載の磁場センサ。
【請求項２９】
前記第１及び第２の電流導体は、相互に直列に電気的に結合される、
請求項２８に記載の磁場センサ。
【請求項３０】
前記第１及び第２の電流導体は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項２８に記載の磁場センサ。
【請求項３１】
前記第１及び第２のＡＣ混合磁場はそれぞれ、前記第１及び第２の磁気抵抗素子の第１及び第２の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する、
請求項２３に記載の磁場センサ。
【請求項３２】
検知された外部磁場を検知する方法であって、
第１のノード及び第２のノードを有する第１の磁気抵抗素子を設けるステップと、
ＡＣ混合電流を生成するステップであって、前記ＡＣ混合電流は前記第１の磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記ＡＣ混合電流は、ＡＣ電流周波数を有するＡＣ電流成分を有する、ステップと、
前記第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するステップであって、前記第１のＡＣ混合磁場は、前記ＡＣ電流周波数と同じＡＣ磁場周波数を有するＡＣ磁場成分を有し、前記第１のＡＣ混合磁場は、前記第１の磁気抵抗素子の前記第１のノード又は前記第２のノードに現れる出力信号を生じさせ、前記出力信号はＤＣ成分を含む、ステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ＡＣ磁場周波数で前記出力信号のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップをさらに含む、
請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＡＣ混合電流は、前記第１のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の磁気抵抗素子は基板上に配設され、前記第１のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体で前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の電流導体は、前記第１の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
第１のノード及び第２のノードを有する第２の磁気抵抗素子を設けるステップであって、前記第２の磁気抵抗素子の前記第１のノードに結合された前記第１の磁気抵抗素子の前記第２のノードは、前記第１の磁気抵抗素子と前記第２の磁気抵抗素子を直列に結合する接合ノードを形成する、ステップをさらに含み、
前記方法は、
前記第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するステップであって、前記第２のＡＣ混合磁場は、前記ＡＣ電流周波数と同じ周波数である前記ＡＣ磁場周波数を有する第２の磁場ＡＣ磁場成分を有し、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場は、前記接合ノードに現れる前記出力信号を生じさせ、前記出力信号は前記第１のＤＣ成分を含む、ステップをさらに含む、
請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、前記検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、前記検知された外部磁場の前記大きさが前記第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記ＡＣ磁場周波数で前記出力信号のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップをさらに含む、
請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＡＣ混合電流は、前記第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせる、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の磁気抵抗素子は基板上に配設され、前記第１のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第１の電流導体で前記第１の磁気抵抗素子に近接する前記第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、
前記第２のＡＣ混合磁場を生成する前記ステップは、
前記基板上又は前記基板内に配設された第２の電流導体で前記第２の磁気抵抗素子に近接する前記第２のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む、
請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２の電流導体は、相互に直列に電気的に結合される、
請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１及び第２の電流導体は、前記第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される、
請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１及び第２のＡＣ混合磁場はそれぞれ、前記第１及び第２の磁気抵抗素子の第１及び第２の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する、
請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して磁気抵抗素子に関し、より詳細には、磁気抵抗素子における混合（又は変調）を用いる磁場センサ及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で使用される場合、「磁場検知素子」という用語は、磁場を検知することができる様々な電子素子を記述するために使用される。そのような磁場検知素子の１つは、磁気抵抗（ＭＲ）素子である。磁気抵抗素子は、磁気抵抗素子が受ける磁場に対して変化する抵抗を有する。
【０００３】
知られているように、異なる種類の磁気抵抗素子、例えばインジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、及び磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子とも呼ばれるトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子のような半導体磁気抵抗素子が存在する。
【０００４】
知られているように、金属ベース又は金属磁気抵抗素子（例えば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ）は、それらが形成される基板に平行な感度の軸を有する傾向がある。
本明細書で使用される場合、「磁場センサ」という用語は、一般的に他の回路と組み合わせて磁場検知素子を使用する回路を記述するために使用される。典型的な磁場センサでは、磁場検知素子及び他の回路を共通の基板上に集積することができる。
【０００５】
磁場センサは、限定されるものではないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサと、通電導体によって運ばれる電流によって生成される磁場を検知する電流センサと、強磁性物体の近接を検知する磁気スイッチと、通過する強磁性体、例えば磁場センサがバックバイアス又は他の磁石と組み合わせて使用されるリング磁石又は強磁性ターゲット（例えば、ギヤ歯）の磁気領域を検知する回転検知器と、磁場の磁場密度を検知する磁場センサとを含む様々な用途で使用される。
【０００６】
ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、例えばホール素子と比較して、比較的高い感度を有することが知られている。ＧＭＲ及びＴＭＲ素子は、適度に良好な直線性を有するが、限られた磁場範囲にわたって、ホール素子が動作可能な範囲よりも範囲がより制限されていることも知られている。
【０００７】
磁気抵抗素子は、単一素子であってもよく、あるいは、２つ以上の磁気抵抗素子が、例えばハーフブリッジ又はフル（ホイートストン）ブリッジなどの様々な構成で配置されてもよい。
【０００８】
ハーフブリッジに配置される場合、通常、１つの固定抵抗器と組み合わせて直列に１つの磁気抵抗素子が使用される。その代わりに、２つの同じ磁気抵抗素子が使用された場合、両方の磁気抵抗素子が磁場に応答して同じ方向に抵抗を変化させる傾向があるため、ハーフブリッジは出力信号を有さない傾向がある。
【０００９】
フルブリッジに配置される場合、通常、２つの固定抵抗器と組み合わせて直列に２つの磁気抵抗素子が使用される。その代わりに、４つの同じ磁気抵抗素子が使用された場合、４つの磁気抵抗素子が磁場に応答して同じ方向に抵抗を変化させる傾向があるため、フルブリッジは出力信号を有さない傾向がある。
【００１０】
様々な構成における固定抵抗器を使用する上述のブリッジは、欠点を有する。例えば、固定抵抗器は、磁気抵抗素子の温度係数と一致しない温度係数を有することができ、したがって、ブリッジによって生成される出力信号は、温度に対して変化し得る。
【００１１】
電流源（高出力インピーダンス）から駆動される単一の磁気抵抗素子でさえ、単一の磁気抵抗素子によって生成され温度に対して変化し得る出力信号を生じさせる温度係数を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
温度による出力信号の変化が少ない磁気抵抗素子、ハーフブリッジ又はフルブリッジを提供することが望ましい。上記の磁気抵抗素子、ハーフブリッジ又はフルブリッジを用いる磁場センサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、温度による出力信号の変化が少ない磁気抵抗素子、ハーフブリッジ又はフルブリッジを提供する。また、本発明は、上記の磁気抵抗素子、ハーフブリッジ、又はフルブリッジを用いる磁場センサも提供する。
【００１４】
本発明の一態様を理解するのに有用な例によれば、検知された外部磁場を検知するための磁場センサは、ブリッジ配置された第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子を含むことができ、第１の接合ノードは第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを直列に結合し、第２の接合ノードは第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを直列に結合し、ブリッジは第１の接合ノードと第２の接合ノードとの間にブリッジ出力信号を生成する。磁場センサはさらに、第１及び第２のＡＣ混合電流（ＡＣ  ｍｉｘｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を生成するように動作可能な少なくとも１つの電流生成回路（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を含むことができ、第１のＡＣ混合電流は第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、第２のＡＣ混合電流は第３及び第４の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、第１及び第２のＡＣ混合電流はそれぞれ、同じ周波数又は異なる周波数である第１及び第２のＡＣ電流周波数をそれぞれ有する第１及び第２のＡＣ電流成分を有する。磁場センサはさらに、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子にそれぞれ近接する第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生成するように動作可能な少なくとも１つの磁場生成回路（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を含むことができ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ磁場成分を有し、第１及び第２のＡＣ磁場成分は、第１のＡＣ電流周波数と同じ第１のＡＣ磁場周波数を有し、第３及び第４のＡＣ磁場成分は、第２のＡＣ電流周波数と同じ周波数の第２のＡＣ磁場周波数を有し、第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場は、検知された外部磁場の変化に応じて値が変化する第１のＤＣ成分を含むブリッジ出力信号を生じさせる。
【００１５】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、以下の態様の１つ又は複数を任意の組み合わせで含むことができる。
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、ブリッジ出力信号を表す信号を受信するように結合された比較器（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）をさらに含み、比較器は、ブリッジ出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するように動作可能である。
【００１６】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、比較器と第１及び第２の接合ノードとの間に結合されたフィルタをさらに含み、フィルタは第１及び第２の磁場周波数のうちの１つ又は複数でブリッジ出力信号の１つ又は複数のＡＣ成分を除去するように選択され、フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、比較器はブリッジ出力信号を表す信号としてフィルタリングされた信号を受信するように結合される。
【００１７】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路及び少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、第１のＡＣ混合電流は、第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせ、第２のＡＣ混合電流は、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００１８】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路は、第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ｓｏｕｒｃｅ）と、第２の磁気抵抗素子に近接して配設された第２の磁場源と、第３の磁気抵抗素子に近接する第３の磁場源と、第４の磁気抵抗素子に近接する第４の磁場源と、を含み、第１の磁場源は、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、第２の磁場源は、第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、第３の磁場源は、第３の磁気抵抗素子に近接する第３のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、第４の磁場源は、第４の磁気抵抗素子に近接する第４のＡＣ混合磁場を生成するように構成される。
【００１９】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、ブリッジは基板上に配置され、第１の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含み、第２の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第２の電流導体を含み、第３の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第３の電流導体を含み、第４の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第４の電流導体を含む。
【００２０】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合され、第３及び第４の電流導体は、第３及び第４の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
【００２１】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１、第２、第３及び第４の磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子の第１、第２、第３及び第４の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する。
【００２２】
本発明の別の態様を理解するのに有用な例によれば、検知された外部磁場を検知する方法は、ブリッジに配置された第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子を設けるステップを含むことができ、第１の接合ノードは第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子とを直列に結合し、第２の接合ノードは第３の磁気抵抗素子と第４の磁気抵抗素子とを直列に結合し、ブリッジは第１の接合ノードと第２の接合ノードとの間にブリッジ出力信号を生成する。方法はさらに、第１及び第２のＡＣ混合電流を生成するステップを含むことができ、前記第１のＡＣ混合電流は第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、前記第２のＡＣ混合電流は第３及び第４の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、第１及び第２のＡＣ混合電流はそれぞれ、同じ周波数又は異なる周波数である第１及び第２のＡＣ電流周波数をそれぞれ有する第１及び第２のＡＣ電流成分を有する。方法はさらに、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子にそれぞれ近接する第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生成するステップを含むことができ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４のＡＣ磁場成分を有し、第１及び第２のＡＣ磁場成分は、第１のＡＣ電流周波数と同じ第１のＡＣ磁場周波数を有し、第３及び第４のＡＣ磁場成分は、第２のＡＣ電流周波数と同じ第２のＡＣ磁場周波数を有し、第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場は、検知された外部磁場の変化に応じて値が変化する第１のＤＣ成分を含むブリッジ出力信号を生じさせる。
【００２３】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、以下の態様の１つ又は複数を任意の組み合わせで含むことができる。
いくつかの実施形態において、上記の方法は、ブリッジ出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む。
【００２４】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、第１及び第２のＡＣ磁場周波数のうちの１つ又は複数でブリッジ出力信号の１つ又は複数のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップをさらに含み、フィルタリングするステップは、フィルタリングされた信号を生成し、フィルタリングされた信号は、比較するステップで使用されるブリッジ出力信号を表す信号に対応する。
【００２５】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１のＡＣ混合電流は、第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせ、第２のＡＣ混合電流は、第３及び第４のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００２６】
上記の方法のいくつかの実施形態において、ブリッジは基板上に配置され、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体で第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板導体上又は基板導体内に配設された第２の電流導体で第２のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、第３の磁気抵抗素子に近接する第３のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第３の電流導体で第３のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、第４の磁気抵抗素子に近接する第４のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第４の電流導体で第４のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む。
【００２７】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合され、第３及び第４の電流導体は、第３及び第４の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
【００２８】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１、第２、第３及び第４のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子の第１、第２、第３及び第４の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する。
【００２９】
本発明の別の態様を理解するのに有用な例によれば、検知された外部磁場を検知するための磁場センサは、第１のノード及び第２のノードを有する第１の磁気抵抗素子を含むことができる。磁場センサはさらに、ＡＣ混合電流を生成するように動作可能な少なくとも１つの電流生成回路を含むことができ、ＡＣ混合電流は第１の磁気抵抗素子を通過するように結合され、ＡＣ混合電流はＡＣ電流周波数を有するＡＣ電流成分を有する。磁場センサはさらに、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するように動作可能な少なくとも１つの磁場生成回路を含むことができ、第１のＡＣ混合磁場は、ＡＣ電流周波数と同じＡＣ磁場周波数を有する第１のＡＣ磁場成分を有し、第１のＡＣ混合磁場は、第１の磁気抵抗素子の第１のノード又は第２のノードに現れる出力信号を生じさせ、出力信号は、検知された外部磁場の変化に応じて値が変化するＤＣ成分を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、以下の態様の１つ又は複数を任意の組み合わせで含むことができる。
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、出力信号を表す信号を受信するように結合され、出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する近接比較信号を生成するように構成された比較器をさらに含む。
【００３１】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、第１の磁気抵抗素子と比較器との間に結合されたフィルタをさらに含み、フィルタはＡＣ磁場周波数で出力信号のＡＣ成分を除去するように選択され、フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、比較器は出力信号を表す信号としてフィルタリングされた信号を受信するように結合される。
【００３２】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路及び少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、電流は、第１のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００３３】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路は、第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源を含み、第１の磁場源は、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成される。
【００３４】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１の磁気抵抗素子は基板上に配設され、第１の少なくとも１つの磁場源は、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体を含む。
【００３５】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１の電流導体は、第１の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、第１のノード及び第２のノードを有する第２の磁気抵抗素子をさらに含み、第２の磁気抵抗素子の第１のノードに結合された第１の磁気抵抗素子の第２のノードは、第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子を直列に結合する接合ノードを形成し、電流は、第１及び第２の直列に結合された磁気抵抗素子を通過するように結合され、少なくとも１つの磁場生成回路は、第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するようにさらに動作可能であり、第２のＡＣ混合磁場は、ＡＣ磁場周波数を有する第２のＡＣ磁場成分を有し、第１及び第２のＡＣ混合磁場は、接合ノードに現れる出力信号を生じさせる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、出力信号を表す信号を受信するように結合され、出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する出力信号を生成するように構成された比較器をさらに含む。
【００３７】
いくつかの実施形態において、上記の磁場センサは、接合ノードと比較器との間に結合されたフィルタをさらに含み、フィルタはＡＣ磁場周波数で出力信号のＡＣ成分を除去するように選択され、フィルタはフィルタリングされた信号を生成するように構成され、比較器は出力信号を表す信号としてフィルタリングされた信号を受信するように結合される。
【００３８】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路及び少なくとも１つの電流生成回路は、少なくとも１つの兼用回路と同じであり、電流は、第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００３９】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、少なくとも１つの磁場生成回路は、第１の磁気抵抗素子に近接して配設された第１の磁場源と、第２の磁気抵抗素子に近接して配設された第２の磁場源と、を含み、第１の磁場源は、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するように構成され、第２の磁場源は、第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するように構成される。
【００４０】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１及び第２の磁気抵抗素子は基板上に配設され、第１の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体を含み、第２の磁場源は、基板上又は基板内に配設された第２の電流導体を含む。
【００４１】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、相互に直列に電気的に結合される。
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
【００４２】
上記の磁場センサのいくつかの実施形態において、第１及び第２のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１及び第２の磁気抵抗素子の第１及び第２の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する。
【００４３】
本発明の別の態様を理解するのに有用な例によれば、検知された外部磁場を検知する方法は、第１のノード及び第２のノードを有する第１の磁気抵抗素子を設けるステップを含むことができる。方法はさらに、ＡＣ混合電流を生成するステップを含むことができ、ＡＣ混合電流は第１の磁気抵抗素子を通過するように結合され、ＡＣ混合電流は、ＡＣ電流周波数を有するＡＣ電流成分を有する。方法はさらに、第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含むことができ、第１のＡＣ混合磁場は、ＡＣ電流周波数と同じＡＣ磁場周波数を有するＡＣ磁場成分を有し、第１のＡＣ混合磁場は、第１の磁気抵抗素子の第１のノード又は第２のノードに現れる出力信号を生じさせ、出力信号はＤＣ成分を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、以下の態様の１つ又は複数を任意の組み合わせで含むことができる。
いくつかの実施形態において、上記の方法は、出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む。
【００４５】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、ＡＣ磁場周波数で出力信号のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップをさらに含む。
上記の方法のいくつかの実施形態において、ＡＣ混合電流は、第１のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００４６】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１の磁気抵抗素子は基板上に配設され、第１のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体で第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む。
【００４７】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１の電流導体は、第１の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
いくつかの実施形態において、上記の方法は、第１のノード及び第２のノードを有する第２の磁気抵抗素子を設けるステップをさらに含み、第２の磁気抵抗素子の第１のノードに結合された第１の磁気抵抗素子の第２のノードは、第１の磁気抵抗素子と第２の磁気抵抗素子を直列に結合する接合ノードを形成し、方法は、第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するステップをさらに含み、第２のＡＣ混合磁場は、ＡＣ電流周波数と同じ周波数であるＡＣ磁場周波数を有する第２の磁場ＡＣ磁場成分を有し、第１及び第２のＡＣ混合磁場は、接合ノードに現れる出力信号を生じさせ、出力信号は第１のＤＣ成分を含む。
【００４８】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、出力信号を表す信号を少なくとも１つの閾値信号と比較して、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ未満であることを示す第１の状態、及び、検知された外部磁場の大きさが第１の所定の磁場の大きさ又は第２の異なる所定の磁場の大きさから選択された１つよりも大きいことを示す第２の状態、を有する比較信号を生成するステップをさらに含む。
【００４９】
いくつかの実施形態において、上記の方法は、ＡＣ磁場周波数で出力信号のＡＣ成分を除去するためにフィルタリングするステップをさらに含む。
上記の方法のいくつかの実施形態において、ＡＣ混合電流は、第１及び第２のＡＣ混合磁場を生じさせる。
【００５０】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１及び第２の磁気抵抗素子は基板上に配設され、第１のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第１の電流導体で第１の磁気抵抗素子に近接する第１のＡＣ混合磁場を生成するステップを含み、第２のＡＣ混合磁場を生成するステップは、基板上又は基板内に配設された第２の電流導体で第２の磁気抵抗素子に近接する第２のＡＣ混合磁場を生成するステップを含む。
【００５１】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、相互に直列に電気的に結合される。
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１及び第２の電流導体は、第１及び第２の磁気抵抗素子と直列に電気的に結合される。
【００５２】
上記の方法のいくつかの実施形態において、第１及び第２のＡＣ混合磁場はそれぞれ、第１及び第２の磁気抵抗素子の第１及び第２の主応答軸に対して平行から約＋／−４５度内の方向を有する。
【００５３】
本発明の上記の特徴、並びに本発明自体は、図面の以下の詳細な説明からより十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】スピンバルブ構成におけるＧＭＲ磁気抵抗素子の伝達関数を示すグラフである。
【図２】電流源によって２つの異なる方向に駆動される磁気抵抗素子のブロック図である。
【図２Ａ】電流源によって２つの異なる方向に駆動される磁気抵抗素子のブロック図である。
【図３】検知された外部磁場の存在がゼロの状態で２つの異なる方向の電流で駆動されたときの図２及び図２Ａの磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図３Ａ】検知された外部磁場の存在が非ゼロの状態で２つの異なる方向の電流で駆動されたときの図２及び図２Ａの磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図４】検知された外部磁場の存在がゼロの状態で２つの異なる方向の電流で駆動されたときの図２の磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図５】第１の直列構成のハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電流源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図５Ａ】第１の直列構成のハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電流源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図６】第２の直列構成の異なるハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電流源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図６Ａ】第２の直列構成の異なるハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電流源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図７】第１の直列構成のハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電圧源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図７Ａ】第１の直列構成のハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電圧源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図８】第２の直列構成の異なるハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電圧源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図８Ａ】第２の直列構成の異なるハーフブリッジに結合され、２つの異なる方向の電圧源によって駆動される２つの磁気抵抗素子のブロック図である。
【図９】検知された外部磁場の存在がゼロの状態で２つの異なる方向の電流又は電圧で駆動されたときの、図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、又は図８及び図８Ａ、又はフルブリッジ構成におけるこれらの組み合わせの直列構成のハーフブリッジに結合された２つの磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図９Ａ】検知された外部磁場の存在がゼロの状態で２つの異なる方向の電流又は電圧で駆動されたときの、図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、又は図８及び図８Ａ、又はフルブリッジ構成におけるこれらの組み合わせの直列構成のハーフブリッジに結合された２つの磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図９Ｂ】検知された外部磁場の存在がゼロの状態で２つの異なる方向の電流又は電圧で駆動されたときの、図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、又は図８及び図８Ａ、又はフルブリッジ構成におけるこれらの組み合わせの直列構成のハーフブリッジに結合された２つの磁気抵抗素子からの出力値を示すグラフである。
【図１０】図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、又は図８及び図８Ａ、又はフルブリッジ構成におけるこれらの組み合わせの直列構成のハーフブリッジに結合された２つの磁気抵抗素子からの出力信号のＤＣ出力信号又はＤＣ成分を外部磁場信号のある範囲にわたって示すグラフである。
【図１１】１つの磁気抵抗素子を用いる磁場センサのブロック図である。
【図１２】直列配置のハーフブリッジに結合された２つの磁気抵抗素子を用いる磁場センサのブロック図である。
【図１３】フルブリッジ構成に結合された４つの磁気抵抗素子を用いる磁場センサのブロック図である。
【図１４】フルブリッジ構成に結合され、４つの駆動外部磁場生成器を有する４つの磁気抵抗素子を用いる磁場センサのブロック図である。
【図１５】フルブリッジ構成に結合され、４つの駆動外部磁場生成器を有する４つの磁気抵抗素子を用いる別の磁場センサのブロック図である。
【図１６】上記の駆動外部磁場生成器のいずれかを形成することができ、集積回路の金属層から作られたコイルの形態の磁気抵抗素子及び駆動外部磁場生成器のブロック図である。
【図１７】リング磁石に近接して配設され、リング磁石の回転を示す出力信号を提供するように構成された、上記の磁場センサのいずれかの形態であり得る磁場センサのブロック図である。
【図１８】強磁性ギヤに近接して配設され、強磁性ギヤの回転を示す出力信号を提供するように構成された、上記の磁場センサのいずれかの形態であり得る磁場センサのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本明細書で使用される場合、「磁場検知素子」という用語は、磁場を検知することができる様々な電子素子を記述するために使用される。磁気抵抗素子は、磁場検知素子の１つの種類に過ぎない。
【００５６】
本明細書で使用される場合、「磁場センサ」という用語は、一般に他の回路と組み合わせて磁場検知素子を使用する回路を記述するために使用される。磁場センサは、限定されるものではないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサと、通電導体によって運ばれる電流によって生成される磁場を検知する電流センサと、強磁性物体の近接を検知する磁気スイッチと、通過する強磁性体、例えばリング磁石の磁気領域を検知する回転検知器と、磁場の磁場密度を検知する磁場センサとを含む様々な用途で使用される。
【００５７】
本明細書で使用される場合、「自己生成ＡＣ混合磁場」という用語は、磁気抵抗素子を通過する「ＡＣ混合電流」によって磁気抵抗素子に近接して生成されるＡＣ磁場を記述するために使用される。「混合」という用語は、自己生成ＡＣ混合磁場にＡＣ混合電流を乗算する、以下により詳細に説明する乗算（又は変調）効果を参照するために使用される。
【００５８】
本明細書で使用される場合、「外部生成ＡＣ混合磁場」という用語は、例えばコイル内のＡＣ電流などの他の手段によって磁気抵抗素子に近接して生成されたＡＣ磁場を記述するために使用される。外部生成ＡＣ混合磁場は、磁気抵抗素子を通過するＡＣ混合電流と混合することもできる。
【００５９】
本明細書で使用される場合、「ＡＣ混合磁場」という用語は、自己生成ＡＣ混合磁場又は外部生成ＡＣ混合磁場のいずれかを記述するために使用される。
上記とは対照的に、本明細書で使用される場合、「検知された外部磁場」という用語は、検知されるが混合プロセスでは使用されない、すなわちＡＣ混合磁場ではない磁場を記述するために使用される。検知された外部磁場は、ＤＣ又はＡＣ混合磁場の周波数以外の所定の周波数であり得る。一般に、混合プロセスで使用されるＡＣ混合磁場（及びＡＣ混合電流）の周波数は、検知された外部磁場の周波数よりも高い周波数であることが望ましい。
【００６０】
本明細書で使用される場合、「電流生成回路」という用語は、電流を生成することができる電流源もしくは電圧源又はその両方を有する回路を記述するために使用される。
本明細書で説明される構造及び方法は、磁気抵抗素子の全ての形態に適用される。
【００６１】
本明細書で使用される場合、「プロセッサ」という用語は、機能、動作、又は動作シーケンスを実行する電子回路を記述するために使用される。機能、動作、又は動作シーケンスは、電子回路にハードコード化することができ、又はメモリデバイスに保持された命令によってソフトコード化することができる。「プロセッサ」は、デジタル値又はアナログ信号を使用して、機能、動作、又は動作シーケンスを実行することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、アナログＡＳＩＣ又はデジタルＡＳＩＣであり得る特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に具体化することができる。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、関連するプログラムメモリを備えたマイクロプロセッサに具体化することができる。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、アナログ又はデジタルであり得る個別の電子回路に具体化することができる。
【００６３】
本明細書で使用される場合、「モジュール」という用語は、「プロセッサ」を記述するために使用される。
プロセッサは、プロセッサの機能、動作、又は動作シーケンスの一部を実行する内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができる。同様に、モジュールは、モジュールの機能、動作、又は動作シーケンスの一部を実行する内部プロセッサ又は内部モジュールを含むことができる。
【００６４】
本明細書で使用される場合、値又は信号を参照するときの「所定の」という用語は、製造時又はその後、例えばプログラミングなどの外部手段によって工場内で設定又は固定される値又は信号を指すために使用される。本明細書で使用される場合、値又は信号を参照するときの「決定された」という用語は、製造後の動作中に回路によって識別される値又は信号を指すために使用される。
【００６５】
本明細書で使用される場合、「能動電子構成要素」という用語は、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有する電子構成要素を記述するために使用される。能動電子構成要素の例としては、トランジスタ、ダイオード、ロジックゲートがある。対照的に、本明細書で使用される場合、「受動電子構成要素」という用語は、少なくとも１つのｐ−ｎ接合を有さない電子構成要素を記述するために使用される。受動電子構成要素の例としては、コンデンサと抵抗器がある。
【００６６】
図１を参照すると、グラフ１００は、水平軸を有し、磁場の単位のスケールは任意の単位である。また、グラフ１００は、垂直軸を有し、抵抗の単位のスケールは任意の単位である。
【００６７】
曲線１０２は、公称温度における磁気抵抗素子の抵抗対磁場伝達関数を表す。曲線１０２は、磁気抵抗素子がゼロ磁場を受けるときの磁気抵抗素子の公称抵抗を表す点１０２ａ、Ｒｏにおいて垂直軸と交差する。
【００６８】
曲線１０４は、同じ磁気抵抗素子の抵抗対磁場伝達関数を表すが、異なる温度である。曲線１０４は、磁気抵抗素子がゼロ磁場を受けるときの異なる温度における磁気抵抗素子の異なる抵抗を表す１０４Ａにおいて垂直軸と交差する。
【００６９】
伝達曲線１０２は、磁気抵抗素子の抵抗が磁場に対してあまり変化しない上部飽和領域１０２ｂ及び下部飽和領域１０２ｃを有する。伝達曲線はまた、２つの飽和領域１０２ｂ、１０２ｃの間に線形領域を有する。
【００７０】
伝達曲線１０２の形状、特に飽和領域１０２ｂ、１０２ｃでの抵抗は、磁気抵抗素子の種類と構成の詳細に依存する。しかしながら、磁気抵抗素子が飽和する検知された外部磁場（すなわち、伝達関数１０２の屈曲点）は、温度とはほとんど無関係であり、したがってドリフトしにくい。
【００７１】
飽和状態のＴＭＲ磁気抵抗素子のＧＭＲに対する検知された外部磁場は、様々な設計パラメータで調整され得る。Ｃ又はヨーク形状を有するＧＭＲ磁気抵抗素子の場合、飽和が始まる検知された外部磁場は、ＧＭＲ磁気抵抗素子の幅及びＧＭＲ磁気抵抗素子の層スタック内で使用される自由層の厚さによって部分的に決定され得る。さらに、ＧＭＲ磁気抵抗素子の場合、堆積の詳細によって誘起される結晶異方性は、飽和点を部分的に決定することができる。また、２重ピン配列は、第２のピニング層と自由層との間の部分結合量を設定することによって、飽和点を部分的に決定することができる。
【００７２】
磁気抵抗素子は、方向性の最大応答軸を有する。磁気抵抗素子が最大応答軸の方向に磁場を受けると、磁気抵抗素子の抵抗は、伝達曲線１０２の右側に、例えばより高い抵抗に移動する。磁気抵抗素子が最大応答軸とは反対の方向に磁場を受けると、磁気抵抗素子の抵抗は、伝達曲線１０２の左側に、例えば、より低い抵抗に移動する。
【００７３】
以下に説明する回路及び技術は、磁気抵抗素子がどのような磁場を受けても曲線１０２の勾配を決定することができる。勾配はゼロ磁場又はそれに近い磁場、すなわち点１０２ａの近くで比較的高いことが明らかであろう。また、飽和領域１０２ｂ、１０２ｃでは、勾配が比較的小さいことも明らかである。
【００７４】
勾配の決定は、磁気抵抗素子の混合挙動、すなわち周波数ｆ１のＡＣ混合磁場と周波数ｆ２の磁気抵抗素子に印加されるＡＣ混合電流駆動信号との混合から生じる。磁気抵抗素子の混合は、公開されたＰＣＴ出願ＷＯ２００７／０９５９７１及び２００９年８月２０日に公開された米国公開出願２００９／０２０６８３１に記載されており、これらの両方は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００７５】
知られているように、一般に、周波数の混合（すなわち、信号の逓倍）は、混合周波数の和及び差の信号周波数成分をもたらす。ｆ１＝ｆ２＝ｆの特定のケースの場合、混合周波数の差（ｆ−ｆ）はＤＣで信号成分をもたらす。
【００７６】
磁気抵抗素子を周波数ｆで駆動するコサインＡＣ混合電流、及び磁気抵抗素子で周波数ｆのコサインＡＣ混合磁場の場合、磁気抵抗素子に現れる電圧は次のようになる。
Ｖ＝ＲＩ＝Ｒｏ［１＋αＨｃｏｓ（２πｆｔ）］＊Ｉｏｃｏｓ（２πｆｔ）（１）
＝ＲｏＩｏ［αＨ／２＋ｃｏｓｔ（２πｆｔ）＋（αＨ／２）ｃｏｓ（４πｆｔ）］（２）
ここで：
ｆ＝周波数；
ｔ＝時間；
Ｒｏ＝（検知された外部磁場の有無にかかわらず）ＡＣ混合磁場のない公称抵抗；
Ｉｏ＝印加されたＡＣ混合電流の大きさ；
Ｈ＝ＡＣ混合磁場の大きさ；
α＝（検知された外部磁場の有無にかかわらず）ＡＣ混合磁場を受けたときの中心動作点付近における伝達曲線１０２の勾配
上記式（２）は、ＤＣ項を有する：
Ｖｄｃ＝ＲｏＩｏ［αＨ／２］（３）
ＤＣ項は伝達曲線の勾配αに比例する。
【００７７】
上記は周波数領域における混合効果の説明を提供するが、以下の例は同じ混合効果であるが時間領域について説明する。時間波形は下の図に示される。
正弦波ＡＣ混合電流及び正弦ＡＣ混合磁場は上記で説明されているが、以下の例は方形波信号を使用する。周波数ｆの方形波信号は、周波数ｆ及びその奇数高調波の周波数成分（正弦波）を含むことが知られている。
【００７８】
以下の例では方形波信号が使用されるが、混合プロセスで使用されるＡＣ混合電流及び／又はＡＣ混合磁場は正弦波とすることができることを理解されたい。
図２及び図２Ａ、図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、図８及び図８Ａにおける回路は、以下に最初にＤＣ（静的）駆動電流及びＤＣ（静的）磁場の静的用語で説明される。しかしながら、以下では、図２及び図２Ａ、図５及び図５Ａ、図６及び図６Ａ、図７及び図７Ａ、図８及び図８Ａにおける回路は交代することができ、その場合、駆動電流及び磁場はＡＣ交流信号であり、混合が生じることも説明される。
【００７９】
次に図２を参照すると、回路２００は、電流源２０４によって生成される静的駆動電流で駆動される磁気抵抗素子２０２を含む。これらの条件下で、磁気抵抗素子２０２は、電流源２０４からの電流によって生成される静磁場を方向２０６に受ける。
【００８０】
磁気抵抗素子２０２は、ゼロ磁場を受けないので、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、磁気抵抗素子２０２の抵抗は、Ｒｏ＋ΔＲとすることができる。回路２００からの静的出力電圧２０８は、以下となる。
Ｖｏ＝Ｉ（Ｒｏ＋ΔＲ）（４）
Ｉは、電流源２０４によって生成された静的電流である。
【００８１】
次に図２Ａを参照すると、図２の同様の要素は、同様の参照記号を有するように示されており、回路２１０は、図２の回路２００と同様であるが、電流源２０４とは反対の方向に静的駆動電流を生成する電流源２１２を含む。これらの条件下で、磁気抵抗素子２０２は、電流源２１２からの駆動電流によって生成された静磁場を方向２０６に受ける。方向２１４は、図２の方向２０６と反対である。
【００８２】
したがって、磁気抵抗素子２０２は、再びゼロ磁場を受けず、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、磁気抵抗素子２０２の抵抗はＲｏ−ΔＲとすることができる。回路２１０からの出力電圧２０８は、以下となる。
Ｖｏ＝−Ｉ（Ｒｏ−ΔＲ）（５）
Ｉは、電流源２１２によって生成された静的電流である。
【００８３】
以下の図３及び図４について、回路２００、２１０は同じ回路であると考えられ、電流源２０４、２１２は代わりに、駆動電流Ｉの方向を切り替える１つの電流源であると考えられ、ＡＣ混合電流となり、したがって、結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場の方向も切り替える。
【００８４】
２つの方向に周期的に交代する場合、ＡＣ駆動電流及び結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場は、上記の混合プロセスにおいて使用されることを理解されたい。
次に図３を参照すると、グラフ３００は、水平軸を有し、磁場の単位のスケールは任意の単位である。また、グラフ３００は、垂直軸も有し、抵抗の単位のスケールは任意の単位である。
【００８５】
図１の曲線１０２のような曲線３０２は、公称温度における磁気抵抗素子の抵抗対磁場伝達関数を表す。曲線３０２は、検知された外部磁場が変化したときに抵抗がほとんど変化しない飽和領域３０２ａ、３０２ｂを有する。
【００８６】
曲線３０２は、磁気抵抗素子が検知されたゼロ外部磁場を受けるときの磁気抵抗素子の公称抵抗を表す点３０４、Ｒｏにおいて垂直軸と交差する。
一例として図２及び図２Ａの磁気抵抗素子２０２を使用して、点３０６、３０８における抵抗はそれぞれ、Ｒｏ＋ΔＲ及びＲｏ−ΔＲである。
【００８７】
上記を考慮すると、磁気抵抗素子２０２を流れる電流の方向を単に２つの異なる方向に変化させると、磁気抵抗素子の抵抗は２つの値の間で変化し、いずれもゼロ磁場を受ける磁気抵抗素子２０２を示さないことを理解されたい。
【００８８】
さらに、図４との関連での以下の議論により、上記２つの電圧は平均してゼロにならない、すなわち、式（３）の上記ＤＣ項が生成されることが明らかになる。
また、自己生成ＡＣ混合磁場に加えて、検知された外部磁場が図２及び図２Ａの回路２００、２１０にも導入された場合、点３０６、３０８は検知された外部磁場の方向にしたがって右又は左に一緒に移動することが理解されるべきである。この動きは、図３Ａとの関連でさらに説明される。
【００８９】
次に図３Ａを参照すると、グラフ３２０は、水平軸を有し、磁場の単位のスケールは任意の単位である。また、グラフ３２０は、垂直軸を有し、抵抗の単位のスケールは任意の単位である。
【００９０】
図１の曲線１０２のような曲線３２８は、公称温度における磁気抵抗素子の抵抗対磁場伝達関数を表す。曲線３２８は、外部磁場が変化したときに抵抗がほとんど変化しない飽和領域３２８ａ、３２８ｂを有する。
【００９１】
曲線３２８は、磁気抵抗素子が検知されたゼロ外部磁場を受けるときの磁気抵抗素子の公称抵抗を表す点３３０、Ｒｏにおいて垂直軸と交差する。
磁気抵抗素子が、Ｈ１の磁場を有する検知された外部磁場を受けると、磁気抵抗素子は、飽和領域３２８ａに存在し得る点３２２の周りで動作する。
【００９２】
再度図２及び図２Ａの磁気抵抗素子２０２を一例として用いて、点３２４、３２６における抵抗は、それぞれＲｓ＋ΔＲｓ及びＲｓ−ΔＲｓである。ΔＲｓは図３のΔＲより実質的に小さいことが理解されるであろう。したがって、上記の式（４）及び（５）のような式は、ΔＲｓからほとんど寄与が得られないであろう。
Ｖｏ＝＋／−ＩＲｓ（６）
次に図４を参照すると、グラフ４００は、水平軸を有し、時間の単位のスケールは任意の単位であり、また、垂直軸を有し、電圧の単位のスケールは任意の単位である。
【００９３】
再び簡単に図２及び図２Ａを参照すると、電流源２０４、２１２が同じ電流源であり、周期的に切り替えられて磁気抵抗素子２０２にＡＣ混合電流を提供する場合、回路２００、２１０が検知された外部磁場を受けていないときに２つの電圧状態４０８、４１０が上記の式（４）及び（５）にしたがって個別に周期的に生成される。曲線４０２は、それぞれ式（４）及び（５）にしたがう電圧を有する高状態４０４ａ、４０４ｂ及び低状態４０６ａ、４０６ｂを有する。
【００９４】
ＤＣ電圧４１２は、２つの状態４０８、４１０の平均を表し、下記の電圧を有する。
Ｖ＝ＩΔＲ（７）
式（７）のＤＣ電圧は、検知されたゼロ外部磁場の存在下で生成される。
【００９５】
図３Ａに関連する上記の議論から明らかであるように、図２及び図２Ａの回路が検知された外部磁場Ｈ１を受けるときに、２つの状態は代わりにほぼ等しくなる、すなわちＶｏ＝＋／−ＩＲｓとなり、ＤＣ電圧はほぼゼロである。
【００９６】
式（３）に関連して上述したように、式（７）のＤＣ電圧は、図３の伝達関数３０２の点３０６、３０８の近傍の勾配を表し、式（１）〜（３）の上記の混合の結果である。点３０６、３０８は、図２及び図２Ａの磁気抵抗素子３０２が検知された外部磁場を受けると、伝達曲線３０２を右又は左に移動する。したがって、式（７）の電圧は、十分な大きさの検知された外部磁場が存在するために点３０６、３０８が飽和領域３０２ａ、３０２ｂのうちの１つに近づくまで、一般に不変であり、その点においてＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分はほぼゼロになる。
【００９７】
次に図５を参照すると、回路５００は、第２の磁気抵抗素子５０４と直列に結合され、電流源５０６によって生成される静的駆動電流で駆動される第１の磁気抵抗素子５０２を含む。第１及び第２の磁気抵抗素子５０２、５０４は、同じ静的駆動電流で駆動されるが、２つの磁気抵抗素子５０２、５０４が基板上に配置されているため、反対の物理的方向に流れる。
【００９８】
これらの条件下で、第１の磁気抵抗素子５０２は、電流源５０６からの電流によって生成された静磁場を方向５０８に受ける。第２の磁気抵抗素子５０４は、電流源５０６からの電流によって生成された静磁場を（方向５０８とは反対の）方向５１０に受ける。
【００９９】
したがって、第１及び第２の磁気抵抗素子５０２、５０４はゼロ磁場を受けず、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、第１の磁気抵抗素子５０２の抵抗はＲｏ−ΔＲとすることができる。第２の磁気抵抗素子５０４の抵抗は、Ｒｏ＋ΔＲとすることができる。回路５００からの出力電圧５１２は、以下から計算され得る。
ＶＡ＝Ｉ［（Ｒｏ−ΔＲ）＋（Ｒｏ＋ΔＲ）］（８）
＝２ＩＲｏ（９）
Ｖｏ＝２ＩＲｏ［（Ｒｏ＋ΔＲ）／（２Ｒｏ）］（１０）
＝ＩＲｏ＋ＩΔＲ（１１）
次に図５Ａを参照すると、電流源５２２が図５の電流源５０６によって生成された電流とは反対の方向に電流を生成する点を除いて、回路５２０は図５の回路５００と同様である。
【０１００】
これらの条件下で、第１の磁気抵抗素子５０２は、電流源５２２からの電流によって生成された静磁場を方向５２４に受ける。第２の磁気抵抗素子５０４は、電流源５２２からの電流によって生成された静磁場を（方向５２４とは反対の）方向５２６に受ける。
【０１０１】
したがって、第１及び第２の磁気抵抗素子５０２、５０４はゼロ磁場を受けず、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、第１の磁気抵抗素子５０２の抵抗はＲｏ＋ΔＲとすることができる。第２の磁気抵抗素子５０４の抵抗は、Ｒｏ−ΔＲとすることができる。回路５２０からの出力電圧５２８は、以下から計算され得る。
ＶＡ＝−Ｉ［（Ｒｏ＋ΔＲ）＋（Ｒｏ−ΔＲ）］（１２）
＝−２ＩＲｏ（１３）
Ｖｏ＝−２ＩＲｏ［（Ｒｏ−ΔＲ）／（２Ｒｏ）］（１４）
＝−ＩＲｏ＋ＩΔＲ（１５）
以下の図９、図９Ａ、図９Ｂについて、回路５００、５２０は同じハーフブリッジ回路であると考えられ、電流源５０６、５２２は代わりに駆動電流Ｉの方向を切り替える１つの電流源であると考えられ、その結果ＡＣ混合電流が生じ、したがって結果として生じる磁場の方向も切り替え、自己生成ＡＣ混合磁場を生じる。
【０１０２】
２つの方向に周期的に交代する場合、ＡＣ混合電流及び結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場は、上記の混合をもたらすことを理解されたい。
次に図６を参照すると、回路６００は、第２の磁気抵抗素子６０４と直列に結合され、電流源６０６によって生成された静的駆動電流で駆動される第１の磁気抵抗素子６０２を含む。第１及び第２の磁気抵抗素子６０２、６０４は、同じ静的駆動電流で駆動されるが、２つの磁気抵抗素子６０２、６０４が基板上に配置されているため、反対の物理的方向に流れる。
【０１０３】
第１及び第２の磁気抵抗素子６０２、６０４は、示されるように、図５及び図５Ａの第１及び第２の磁気抵抗素子５０２、５０４とは異なるように基板上に配置される。
これらの条件下で、第１の磁気抵抗素子６０２は、電流源６０６からの電流によって生成された静磁場を方向６０８に受ける。第２の磁気抵抗素子６０４は、電流源６０６からの電流によって生成された静磁場を（方向６０８とは反対の）方向６１０に受ける。
【０１０４】
したがって、第１及び第２の磁気抵抗素子６０２、６０４はゼロ磁場を受けず、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、第１の磁気抵抗素子６０２の抵抗はＲｏ＋ΔＲとすることができる。第２の磁気抵抗素子６０４の抵抗は、Ｒｏ−ΔＲとすることができる。回路６００からの出力電圧６１２は、以下から計算され得る。
ＶＡ＝Ｉ［（Ｒｏ＋ΔＲ）＋（Ｒｏ−ΔＲ）］（１６）
＝２ＩＲｏ（１７）
Ｖｏ＝２ＩＲｏ［（Ｒｏ−ΔＲ）／（２Ｒｏ）］（１８）
＝ＩＲｏ−ＩΔＲ（１９）
次に図６Ａを参照すると、回路６２０は、電流源６２２が図６の電流源６０６によって生成された電流とは反対の方向に電流を生成する点を除いて、図６の回路６００と同様である。
【０１０５】
これらの条件下では、第１の磁気抵抗素子６０２は、電流源６２２からの電流によって生成された静磁場を方向６２４に受ける。第２の磁気抵抗素子６０４は、電流源６２２からの電流によって生成された静磁場を（方向６２４とは反対の）方向６２６に受ける。
【０１０６】
したがって、第１及び第２の磁気抵抗素子６０２、６０４はゼロ磁場を受けず、図１に示す公称抵抗Ｒｏを有さない。代わりに、第１の磁気抵抗素子６０２の抵抗はＲｏ−ΔＲとすることができる。第２の磁気抵抗素子６０４の抵抗は、Ｒｏ＋ΔＲとすることができる。回路６２０からの出力電圧６２８は、以下から計算され得る。
ＶＡ＝−Ｉ［（Ｒｏ−ΔＲ）＋（Ｒｏ＋ΔＲ）］（２０）
＝−２ＩＲｏ（２１）
Ｖｏ＝２ＩＲｏ［（Ｒｏ＋ΔＲ）／（２Ｒｏ）］（２２）
＝−ＩＲｏ−ＩΔＲ（２３）
以下の図９、図９Ａ、図９Ｂについて、回路６００、６２０は同じハーフブリッジ回路であると考えられ、電流源６０６、６２２は代わりに駆動電流Ｉの方向を切り替える１つの電流源であると考えられ、したがって結果として生じるＡＣ混合電流の方向も切り替え、自己生成ＡＣ混合磁場も生じる。
【０１０７】
上述したように、以下の図９、図９Ａ、図９Ｂについて、回路５００、５２０も同じハーフブリッジ回路であると考えられ、電流源５０６、５２２は代わりに駆動電流Ｉの方向を切り替える１つの電流源であると考えられ、結果としてＡＣ混合電流が生じ、自己生成ＡＣ混合磁場も生じる。
【０１０８】
また上述したように、２つの方向に周期的に交代する場合、ＡＣ混合電流及び結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場は、上記の混合をもたらすことを理解されたい。
さらに図５及び図５Ａの回路は、フルブリッジ回路の一方のハーフブリッジを形成することができ、図６及び図６Ａの回路は、フルブリッジ回路の他方のハーフブリッジを形成することができる。フルブリッジ回路の結果は、図９Ｂと関連して以下で説明される。
【０１０９】
上記の式（８）〜（２３）において、電圧ＶＡは一定のままであり、磁気抵抗素子の公称値（中心動作点）はＲｏであり、検知された外部磁場はゼロであると仮定される。この仮定は、磁気抵抗素子の公称抵抗が変化して磁気抵抗素子が非ゼロの検知された外部磁場を受ける場合には当てはまらない。しかしながら、以下の図９〜図９Ｂに関連する議論から、動作時に、公称抵抗項（Ｒｏ又はある他の抵抗のいずれか）がキャンセルされ、ΔＲ項のみが残され、上記の式（８）〜（２３）がハーフブリッジ回路及びフルブリッジ回路の正しい平均ＤＣ値を提供することが明らかになるであろう。
【０１１０】
次に図７、図７Ａ、図８及び図８Ａを参照すると、回路は、図５、図５Ａ、図６及び図６Ａの回路と同様である。しかしながら、電圧源ＶＡは、電流源の代わりに様々な回路を駆動するために使用される。図５Ａ及び図６ＡにおいてＶＡと符号が付された電圧は、式１２及び式２０に負の電圧として示されるが、図７Ａ及び図８Ａの回路において磁気抵抗素子の反対側の端部の正の電圧ＶＡによって同じ駆動が得られる。
【０１１１】
上記の図５、図５Ａ、図６及び図６Ａの式と同じ又は同様の式が結果として生じる。したがって、ハーフブリッジ構成（及びフルブリッジ構成）の磁気抵抗素子は、電流源又は電圧源のいずれかを用いて駆動され得、以下により詳細に説明する同じ結果を達成する。
【０１１２】
次に図９、図９Ａ、図９を参照すると、グラフ９００、９２０、９４０はそれぞれ、水平軸を有し、時間の単位のスケールは任意の単位である。またグラフ９００、９２０、９４０はそれぞれ、垂直軸を有し、電圧の単位のスケールは任意の単位である。
【０１１３】
グラフ９００は、交互のハイ状態９０４ａ、９０４ｂ及びロー状態９０６ａ、９０６ｂを有する信号９０２を有する。２つの状態における電圧は、式（１１）及び式（１５）にしたがう図５及び図５Ａ又は図７及び図７Ａの回路（それぞれ交互の方向を有するＡＣ混合電流で駆動される１つのそれぞれの回路）にしたがう。
【０１１４】
信号９０２の平均（ＤＣ）電圧値９０８は、以下となる。
Ｖｄｃ１＝ＩΔＲ（２４）
Ｒｏ項がキャンセルされていることに注意されたい。
【０１１５】
グラフ９２０は、交互のハイ状態９２４ａ、９２４ｂ及びロー状態９２６ａ、９２６ｂを有する信号９２２を有する。２つの状態における電圧は、式（１９）及び式（２３）にしたがう図６及び図６Ａ又は図８及び図８Ａの回路（それぞれ交互の方向を有するＡＣ混合電流で駆動される１つのそれぞれの回路）にしたがう。
【０１１６】
信号９２２の平均（ＤＣ）電圧値９２８は、以下となる。
Ｖｄｃ２＝−ＩΔＲ（２５）
再びＲｏ項がキャンセルされている。
【０１１７】
グラフ９４０は、示されたＤＣレベル９４２を有し、これは、信号９０２と信号９２２との間の差を表す。
Ｖｄｃ＝２ＩΔＲ（２６）
これは信号９０２及び信号９２２の平均（ＤＣ）値の２倍である。
【０１１８】
上記の差は、図５及び図５Ａの回路（例えば、図９参照）がフルブリッジ回路の一方のハーフブリッジ部分を形成し、図６（例えば、図９Ａ参照）及び図６Ａの回路がフルブリッジ回路の他方のハーフブリッジ部分を形成する場合に、物理的に得られ得る。同様に、この差は、図７及び図７Ａの回路（例えば、図９参照）がフルブリッジ回路の一方のハーフブリッジ部分を形成し、図８及び図８Ａの回路（例えば、図９Ａ参照）がフルブリッジ回路の他方のハーフブリッジ部分を形成する場合に、物理的に得られ得る。フルブリッジ回路は差分信号を生成する。
【０１１９】
残留ＡＣ電圧９４４は、２つのハーフブリッジ回路間の起こり得る小さなミスマッチ、すなわち、２つのハーフブリッジ回路で使用される物理的に異なる磁気抵抗素子から生じる２つの信号９０２、９２２間の小さなミスマッチの結果として残る可能性がある。
【０１２０】
ＡＣ信号９４４は、ローパスフィルタなどで除去され、ＤＣ電圧９４２のみを残すことができる。
上述のように、ＤＣ電圧９４２は、磁気抵抗素子が動作する図１の伝達曲線１０２の領域の勾配に関係する。上述したように、動作領域は、検知された外部磁場の影響を受ける。
【０１２１】
信号９０２及び信号９２２から明らかなように、図５、図５Ａ、図６、図６Ａ、図７、図７Ａ、図８、図８Ａのハーフブリッジ回路によって（図２及び図２Ａの単一素子回路によっても）生成された電圧信号は、ＤＣ成分とＡＣ成分の両方を有する。また、フルブリッジ回路によって生成された信号９４２は、主としてＤＣ信号成分を有するが、素子のミスマッチのためにＡＣ信号成分も有し得ることも明らかである。
【０１２２】
ハーフブリッジ回路及びフルブリッジ回路の両方について、出力信号のＡＣ成分は、ローパスフィルタなどによって除去され得る。
次に図１０を参照すると、グラフ１０００は、水平軸を有し、磁場強度の単位のスケールは任意の単位である。またグラフ１０００は、垂直軸を有し、電圧の単位及び抵抗のスケールは任意の単位である。
【０１２３】
図１の曲線１０２のような曲線１００２は、磁気抵抗素子の伝達特性を再び示している。曲線１００２は、上部飽和領域１００２ｂと、下部飽和領域１００２ｃとを有する。曲線１００２上の点１００２ａは、磁気抵抗素子が検知されたゼロ外部磁場を受けた（及びＡＣ混合磁場を有さない）ときの磁気抵抗素子の抵抗を表す。上部飽和領域１００２ｂと下部飽和領域１００２ｃとの間は、線形領域１００２ｄである。
【０１２４】
曲線１００４は、フルブリッジ回路について図９ＢのＤＣ電圧信号９４２、又は、磁気抵抗素子が異なる検知された外部磁場を受けることにより混合を受けて動作領域を伝達曲線１００２の右又は左に移動させる上述のハーフブリッジ又は単一素子の磁気抵抗素子回路の任意のＤＣ信号成分を表す。
【０１２５】
上記のように、混合が発生したときの上述の回路のＤＣ出力電圧又はＤＣ出力電圧成分は、検知された磁場が伝達曲線１００２において動作する領域における伝達曲線１００２の勾配を表す。
【０１２６】
伝達曲線１００２の線形領域１００２ｄ内の検知された外部磁場に対して、結果として生じるＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分は、曲線１００４の比較的平坦な領域１００４ｄ、すなわち非ゼロ値によって表される。伝達曲線１００２の上部飽和領域１００２ｂ内の検知された外部磁場に対して、結果として生じるＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分は、曲線１００４の領域１００４ｂ、すなわちほぼゼロ値によって表される。伝達曲線１００２の下部飽和領域１００２ｃ内の検知された外部磁場に対して、結果として生じるＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分は、曲線１００４の領域１００４ｃ、すなわちほぼゼロ値によって表される。
【０１２７】
領域１００４ｄの電圧と領域１００４ｂ、１００４ｃの電圧との間の遷移は比較的鋭利であり、検知された外部磁場のわずかな変化のみが出力電圧の変化に影響を及ぼすことが認識されるべきである。したがって、上述の混合磁気抵抗素子回路は、検知された外部磁場を生成する磁性（又は強磁性）物体の存在、不存在又は近接を検知するための磁気スイッチ又は近接検知器として機能することができる。
【０１２８】
以下に説明される回路は、１つ又は２つの閾値１００６、１００８、例えば動作点閾値Ｂｏｐ、１００８及び／又はリリース点閾値Ｂｒｐ、１００６を使用することができ、ＤＣ信号１００４を閾値と比較して、磁性（又は強磁性）物体の存在、不存在、又は近接を検知することができる。
【０１２９】
図１１〜図１５は、１つの磁気抵抗素子、ハーフブリッジ構成に結合された２つの磁気抵抗素子、及びフルブリッジ構成に結合された４つの磁性磁気抵抗素子を使用する磁場センサ及び関連する回路を示している。
【０１３０】
次に図１１を参照すると、磁場センサ１１００は、１つの磁気抵抗素子１１０２を含むことができる。磁気抵抗素子１１０２は、方向性最大応答軸１１０２ａを有することができる。
【０１３１】
磁気抵抗素子１１０２は、スイッチ１１１４を介して磁気抵抗素子１１０２に結合された第１及び第２の電流源１１０４、１１０６のそれぞれによって交互の方向を有するＡＣ混合電流１１０８で駆動され得る。スイッチ１１１４は、変調クロック信号１１１５を受信するように結合される。図２及び図２Ａに関連して上述したように、磁気抵抗素子１１０２を通過するＡＣ混合電流１１０８は、ＡＣ混合電流１１０８の２つの方向にしたがって２つの方向１１１０、１１１２に向けられた自己生成ＡＣ混合磁場を引き起こす。
【０１３２】
ＡＣ混合電流１１０８の周波数ｆは、方向１１１０、１１１２を有する自己生成ＡＣ混合磁場の周波数ｆと同じであることが理解されるであろう。したがって、混合が生じ、ＤＣ成分を有する電圧信号１１０８は、磁気抵抗素子１１０２の上端部に生成される。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、マルチプレクサ１１１６は、電圧信号１１０８を受信するように結合され、多重化信号１１１６ａを生成するように構成される。増幅器１１１８は、多重化信号１１１６ａを受信するように結合され、増幅された信号１１１８ａを生成するように構成され得る。デマルチプレクサ１１２０は、増幅された信号１１１８ａを受信するように結合され、多重化信号１１２０ａを生成するように構成され得る。ローパスフィルタ１１２２は、多重化信号１１２０ａを受信するように結合され、フィルタリングされた信号１１２２ａを生成するように構成され得る。２つの閾値を有する比較器１１２４、例えばシュミットトリガは、フィルタリングされた信号１１２２ａを受信するように結合され、比較信号１１２４ａを生成するように構成され得る。
【０１３４】
混合を受ける磁気抵抗素子１１０２の動作は、図２、図２Ａ、図３、図３Ａ、及び図４に関連して上述されている。
第１のマルチプレクサ１１１６及び第２のマルチプレクサ１１２０は、本質的に増幅器１１１８を囲むチョッピングを提供することができる。チョッパ安定化は、増幅器１１１８のオフセット電圧、すなわち望ましくないＤＣ電圧の影響を低減する知られている技術である。チョッピングは、電流１２０８を変調するコック１１１５の周波数よりも高い周波数を有するクロック信号１１２６で動作することができる。
【０１３５】
ローパスフィルタ１１２２は、例えば、図４のＤＣ成分４１２のようなＤＣ成分のみを残して、ＡＣ信号成分、例えば、図４の信号４０２のＡＣ信号成分を除去することができる。
【０１３６】
磁石１１２８が例えば線１１３０に沿って磁気抵抗素子１１０２の近くにもたらされると、比較信号１１２４ａは第１の状態、例えばロー状態をとる。磁石１１２８が磁気抵抗素子１１０２から遠ざかると、比較信号１１２４ａは第２の状態、例えばハイ状態をとる。この動作は、図１０に関連する上記の議論から理解されるべきである。移動は、直線に沿っている必要はなく、又は、最大応答軸１１０２ａに平行な線に沿っている必要はない。
【０１３７】
フィルタリングされた信号１１２２ａは、２つの状態のみをとるのではなく、図１０の曲線１００４にしたがってある範囲の値をとる。
磁場センサ１１００は必ずしも磁石１１２８を含む必要はない。磁場センサ１１００として示される電子構成要素は、共通の半導体基板上に配設され得る。
【０１３８】
次に図１２を参照すると、磁場センサ１２００は、ハーフブリッジ構成に結合された第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４をそれぞれ含むことができる。第１の磁気抵抗素子１２０２は、方向性最大応答軸１２０２ａを有することができ、いくつかの実施形態では、第２の磁気抵抗素子１２０４は、方向性最大応答軸１２０２ａと同じ方向に方向性最大応答軸１２０４ａを有することができる。言い換えれば、第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４は、半導体基板上に正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。
【０１３９】
第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４は、電圧Ｖｓ及びグランドに結合された第１及び第２のスイッチ１２３４及び１２３８によって形成された第１及び第２の電圧源によって交互の方向を有するＡＣ混合電流１２０８（及び１２１０）で駆動され得る。第１及び第２のスイッチ１２３４、１２３８は、電流が第１の磁気抵抗素子１２０２を通って一方向に流れ、第２の磁気抵抗素子１２０４を通って物理的に反対の方向に流れるように、図示されるように第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４に結合され得る。この結合は、図５、図５Ａ、図７及び図７Ａのハーフブリッジ回路に示された結合と同じか又は同様である。しかし、他の実施形態では、図６、図６Ａ、図８、図８Ａの結合構成が代わりに使用され得る。
【０１４０】
図５及び図５Ａに関連して上述したように、第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４を通過するＳＣ混合電流１２０８（及び１２１０）は、ＡＣ混合電流１２０８（及び１２１０）の２つの方向にしたがって、第１の磁気抵抗素子１２０２において方向１１１２、１１１４に向けられ、第２の磁気抵抗素子１２０４において（１８０度の位相がずれる）方向１２１６、１２１８に向けられる自己生成ＡＣ混合磁場をそれぞれ引き起こす。
【０１４１】
ＡＣ混合電流１２０８（及び１２１０）の周波数ｆは、方向１２１２、１２１４、１２１６、１２１８を有する自己生成ＡＣ混合磁場の周波数ｆと同じであることが理解されるであろう。したがって、混合が生じ、２つの磁気抵抗素子１２０２、１２０４の接合部にＤＣ成分を有する電圧信号１２２０ａが生成される。
【０１４２】
マルチプレクサ１２２２、増幅器１２２４、デマルチプレクサ１２２６、ローパスフィルタ１２２８、及び比較器１２３０は、図１１のマルチプレクサ１１１６、増幅器１１１８、デマルチプレクサ１１２０、ローパスフィルタ１１２２、及び比較器１１２４と同じ又は同様であってもよい。信号１２２０ａ、１２２２ａ、１２２４ａ、１２２６ａ、１２２８ａ、１２３０ａはそれぞれ、信号１１１６ａ、１１１８ａ、１１２０ａ、１１２２ａ、及び１１２４ａと同じ又は同様である。しかし、ここでは、増幅器１２２４は、バイアス信号１２２８でバイアスされ得る。
【０１４３】
混合を受ける第１及び第２の磁気抵抗素子１２０２、１２０４の動作は、図５、図５Ａ、図７、図７Ａ、図９、及び図９Ｂに関連して上述されている。
ローパスフィルタ１２２８は、ＤＣ成分、例えば、図９のＤＣ成分のみを残して、ＡＣ信号成分、例えば、図９の信号９０２のＡＣ信号成分を除去することができる。
【０１４４】
磁石１２４２の検知は、図１１に関連して上述した磁石１１２８の検知と同じ又は同様である。磁石１２４２の移動の例は、線１２４４によって示されている。しかしながら、移動は、直線に沿っている必要はなく、又は、最大応答軸１２０２ａ、１２０４ａに平行な線に沿っている必要はない。
【０１４５】
磁場センサ１２００は必ずしも磁石１２４２を含む必要はない。磁場センサ１２００として示される電子構成要素は、共通の半導体基板上に配設され得る。
次に図１３を参照すると、磁場センサ１３００は、それぞれ直列に結合された第１及び第２の磁気抵抗素子１３０２１３０４からなる第１のハーフブリッジ、及び、それぞれ直列に結合された第３及び第４の磁気抵抗素子１３０６１３０８からなる第２のハーフブリッジを有し得る。
【０１４６】
第１の磁気抵抗素子１３０２は、方向性最大応答軸１３０２ａを有することができ、いくつかの実施形態では、第２の磁気抵抗素子１３０４は、方向性最大応答軸１３０２ａと同じ方向に方向性最大応答軸１３０４ａを有することができる。言い換えれば、第１及び第２の磁気抵抗素子１３０２、１３０４は、半導体基板上に正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。
【０１４７】
第３の磁気抵抗素子１３０６は、方向性最大応答軸１３０６ａを有することができ、いくつかの実施形態では、第４の磁気抵抗素子１３０８は、方向性最大応答軸１３０６ａと同じ方向に方向性最大応答軸１３０８ａを有することができる。言い換えれば、第３及び第４の磁気抵抗素子１３０６、１３０８は、正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。また、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１３０２、１３０４、１３０６、１３０８はそれぞれ、同じ半導体基板上に全て正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。
【０１４８】
第１及び第２の磁気抵抗素子１３０２、１３０４は、電流１３１２ａ（及び１３１６ａ）と電流１３１２ｂ（及び１３１６ｂ）に分かれるＡＣ混合電流１３１２（及び１３１６）で駆動され得る。２つのハーフブリッジ回路が正確に同じ抵抗値を有する場合、電流分割は等しくなり得る。しかしながら、２つのハーフブリッジ回路が正確に同じ抵抗値を有さない場合、電流分割は正確に等しくなく、図９ＢのＡＣ信号成分９４４に寄与し得る。
【０１４９】
いくつかの代替実施形態では、ＡＣ混合電流１３１２ａ（及び１３１６ａ）とＡＣ混合電流１３１２ｂ（及び１３１６ｂ）は別々に生成される。いくつかの実施形態では、別々に生成されたＡＣ混合電流は、異なる周波数を有するが、本明細書に記載されるのと同じ混合効果を達成する。
【０１５０】
ＡＣ混合電流１３１２（及び１３１６）は、電圧Ｖｓ及びグランドに結合された第１及び第２のスイッチ１３１０、１３１４によって形成される第１及び第２の電圧源によって交互の方向を有する。第１及び第２のスイッチ１３１０、１３１４は、図示のように第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１３０２、１３０４、１３０６、１３０８に結合され得る。
【０１５１】
ＡＣ混合電流１３１２ａ（及び１３１６ａ）は、第１の磁気抵抗素子１３０２を通って一方向に流れ、第２の磁気抵抗素子１３０４を通って物理的に反対の方向に流れる。電流１３１２ｂ（及び１３１６ｂ）は、第３の磁気抵抗素子１３０６を通って一方向に流れ、第４の磁気抵抗素子１３０８を通って物理的に反対の方向に流れる。この結合は、図５、図５Ａ、図６、図６Ａ及び図７、図７Ａ、図８、図８Ａのハーフブリッジ回路に示された結合と同じであるか又は同様である。
【０１５２】
図５及び図５Ａに関連して上述したように、第１及び第２の磁気抵抗素子１３０２、１３０４を通過するＡＣ混合電流１３１２ａ（及び１３１６ａ）は、交流１３１２ａ（及び１３１６ａ）の２つの方向にしたがって、第１の磁気抵抗素子１３０２において方向１３１８、１３２０に向けられ、第２の磁気抵抗素子１３０４において（１８０度の位相がずれる）方向１３２２、１３２４に向けられる自己生成ＡＣ混合磁場をそれぞれ引き起こす。
【０１５３】
図６及び図６Ａに関連して上述したように、第３及び第４の磁気抵抗素子１３０６、１３０８を通過する変調電流駆動１３１２ｂ（及び１３１６ｂ）は、交流１３１２ｂ（及び１３１６ｂ）の２つの方向にしたがって、第３の磁気抵抗素子１３０６において方向１３２６、１３２８に向けられ、第４の磁気抵抗素子１３０８において（１８０度の位相がずれる）方向１３３０、１３３２に向けられる自己生成ＡＣ混合磁場をそれぞれ引き起こす。
【０１５４】
ＡＣ混合電流１３１２（及び１３１６）の周波数ｆは、方向１３１８、１３２０、１３２２、１３２４、１３２６、１３２８、１３３０、１３３０を有する自己生成ＡＣ混合磁場の周波数ｆと同じであることが理解されるであろう。したがって、混合が生じ、２つの磁気抵抗素子１３０２、１３０４の接合部にＤＣ成分を有する差分電圧信号１３３４ａ、１３３４ｂが生成される。より詳細な説明については、図９〜図９Ｂを参照されたい。
【０１５５】
マルチプレクサ１３３６、増幅器１３３８、デマルチプレクサ１３４０、ローパスフィルタ１３４２、及び比較器１３４４は、図１１のマルチプレクサ１１１６、増幅器１１１８、デマルチプレクサ１１２０、ローパスフィルタ１１２２、及び比較器１１２４と同じ又は同様である。信号１３３４ａ及び１３３４ｂ、１３３６ａ及び１３３６ｂ、１３３８ａ、１３４０ａ、１３４２ａ、１３４４ａは、それぞれ、信号１１１６ａ、１１１８ａ、１１２０ａ、１１２２ａ、及び１１２４ａと同じ又は同様である。しかし、ここでは、増幅器１３３８は、２つの入力ノードを有する差動増幅器である。
【０１５６】
混合を受ける第１及び第２の磁気抵抗素子１３０２、１３０４の動作は、図５、図５Ａ、図７、図７Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。混合を受ける第３及び第４の磁気抵抗素子１３０６、１３０８の動作は、図６、図６Ａ、図８、図８Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。２つのハーフブリッジを有するフルブリッジの動作は、図９Ｂに関連して上述されている。
【０１５７】
ローパスフィルタ１３４２は、ＤＣ成分、例えば、図９のＤＣ成分９４２のみを残して、ＡＣ信号成分、例えば、図９ＢのＡＣ信号成分９４４を除去することができる。
磁石１３５２の検知は、図１１に関連して上述した磁石１１２８の検知と同じ又は同様である。磁石１３５２の移動の例は、線１３５４によって示されている。しかしながら、移動は、直線に沿っている必要はなく、又は、最大応答軸１３０２ａ、１３０４ａ、１３０６ａ、１３０８ａに平行な線に沿っている必要はない。
【０１５８】
磁場センサ１３００は必ずしも磁石１３５２を含む必要はない。磁場センサ１３００として示される電子構成要素は、共通の半導体基板上に配設され得る。
次に図１４を参照すると、磁場センサ１４００は、それぞれ直列に結合された第１及び第２の磁気抵抗素子１４０２、１４０４からなる第１のハーフブリッジ、及び、それぞれ直列に結合された第３及び第４の磁気抵抗素子１４０６、１４０８からなる第２のハーフブリッジを有してフルブリッジ回路を形成することができる。
【０１５９】
第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１４０２、１４０４、１４０６、１４０８はそれぞれ、共通の半導体基板上に全て正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。
【０１６０】
第１及び第２の磁気抵抗素子１４０２、１４０４は、電流１４３４ａ（及び１４４０ａ）と電流１４３４ｂ（及び１４４０ｂ）に分かれるＡＣ混合電流１４３４（及び１４４０）で駆動され得る。ＡＣ混合電流は、電圧Ｖｓ及びグランドに結合された第１及び第２のスイッチ１４３２、１４３８によって形成される第１及び第２の電圧源によって交互の方向を有する。第１及び第２のスイッチ１４３２、１４４８は、図示のように第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１４０２、１４０４、１４０６、１４０８に結合され得る。
【０１６１】
ＡＣ混合電流１４３４ａ（及び１４４０ａ）は、第１の磁気抵抗素子１４０２を通って一方向に流れ、第２の磁気抵抗素子１４０４を通って物理的に反対の方向に流れる。電流１４３４ｂ（及び１４４０ｂ）は、第３の磁気抵抗素子１４０６を通って一方向に流れ、第４の磁気抵抗素子１４０８を通って物理的に反対の方向に流れる。この結合は、図５、図５Ａ、図６、図６Ａ及び図７、図７Ａ、図８、図８Ａのハーフブリッジ回路に示された結合と同じであるか又は同様である。
【０１６２】
ＡＣ混合電流及び結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場は、図１３に関連して上述したものと同じであるか又は同様である。しかしながら、ここでは、他の構成要素もまた、自己生成ＡＣ混合磁場と同じように混合を増加させ発生させる外部生成ＡＣ混合磁場を生成する。この目的のために、磁場センサ１４００は、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１４０２、１４０４、１４０６、１４０８にそれぞれ近接した電流導体１４１０、１４１２、１４１４、１４１６を含むことができる。いくつかの実施形態では、電流導体１４１０、１４１２、１４１４、１４１６は、電流導体を流れる交流１４５２（及び１４５４）が、第１、第２、第３、及び第４の磁気抵抗素子１４０２、１４０４、１４０６、１４０８において上述した自己生成ＡＣ混合磁場を増加させる外部生成ＡＣ混合磁場を生成するように、直列に結合される。交流１４５２（及び１４５４）は、例えば、直列に結合された電流導体１４１０、１４１２、１４１４、１４１６の反対の端部にそれぞれスイッチ１４４４、１４４８を介して結合された電流源１４４６、１４５０によって生成され得る。
【０１６３】
組み合わされたＡＣ混合磁場は、上述した自己生成ＡＣ混合磁場と同じ方法で動作して混合を提供する交流磁場である。しかしながら、電流導体１４１０、１４１２、１４１４、１４１６によって生成された外部生成ＡＣ混合磁場は、自己生成ＡＣ混合磁場よりも大きくなり得、その結果、上記の式においてΔＲの値が大きくなり、結果としてより大きなＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分を生じる。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、外部生成ＡＣ混合磁場は、各磁気抵抗素子における自己生成ＡＣ混合磁場と同じ位相（及び周波数）である。
マルチプレクサ１４２０、増幅器１４２２、デマルチプレクサ１４２４、ローパスフィルタ１４２６、及び比較器１４２８は、図１１のマルチプレクサ１１１６、増幅器１１１８、デマルチプレクサ１１２０、ローパスフィルタ１１２２、及び比較器１１２４と同じ又は同様である。信号１４１８ａ及び１４１８ｂ、１４２０ａ及び１４２０ｂ、１４２２ａ、１４２４ａ、１４２６ａ、１４２８ａは、それぞれ、信号１１１６ａ、１１１８ａ、１１２０ａ、１１２２ａ、及び１１２４ａと同じ又は同様である。しかしながら、ここでは、増幅器１４２２は、２つの入力ノードを有する差動増幅器である。
【０１６５】
混合を受ける第１及び第２の磁気抵抗素子１４０２、１４０４の動作は、図５、図５Ａ、図７、図７Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。混合を受ける第３及び第４の磁気抵抗素子１４０６、１４０８の動作は、図６、図６Ａ、図８、図８Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。２つのハーフブリッジを有するフルブリッジの動作は、図９Ｂに関連して上述されている。
【０１６６】
ローパスフィルタ１４２６は、ＤＣ成分、例えば、図９のＤＣ成分９４２のみを残して、ＡＣ信号成分、例えば、図９Ｂの信号９４０のＡＣ信号成分９４４を除去することができる。
【０１６７】
磁石１４５６の検知は、図１１に関連して上述した磁石１１２８の検知と同じ又は同様である。磁石１４５６の移動の例は、線１４５８によって示されている。しかしながら、移動は、直線に沿っている必要はなく、又は、磁気抵抗素子１４０２、１４０４、１４０６、１４０８の最大応答軸に平行な線に沿っている必要はない。
【０１６８】
磁場センサ１４００は必ずしも磁石１４５６を含む必要はない。磁場センサ１４００として示される電子構成要素は、共通の半導体基板上に配設され得る。
次に図１５を参照すると、磁場センサ１５００は、それぞれ直列に結合された第１及び第２の磁気抵抗素子１５０２、１５０４からなる第１のハーフブリッジ、及び、それぞれ直列に結合された第３及び第４の磁気抵抗素子１５０６、１５０８からなる第２のハーフブリッジを有してフルブリッジ回路を形成することができる。
【０１６９】
第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１５０２、１５０４、１５０６、１５０８はそれぞれ、共通の半導体基板上に全て正確に同じ方法で製造され、正確に同じ方向に配向され得る。
【０１７０】
第１及び第２の磁気抵抗素子１５０２、１５０４は、電流１５３４ａ（及び１５４０ａ）と電流１５３４ｂ（及び１５４０ｂ）に分かれるＡＣ混合電流１５３４（及び１５４０）で駆動され得る。ＡＣ混合電流は、電圧Ｖｓ及びグランドに結合された第１及び第２のスイッチ１５３２、１５３８によって形成される第１及び第２の電圧源によって交互の方向を有する。第１及び第２のスイッチ１５３２、１５４８は、図示のように第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１５０２、１５０４、１５０６、１５０８に結合され得る。
【０１７１】
ＡＣ混合電流１５３４ａ（及び１５４０ａ）は、第１の磁気抵抗素子１５０２を通って一方向に流れ、第２の磁気抵抗素子１５０４を通って物理的に反対の方向に流れる。電流１５３４ｂ（及び１５４０ｂ）は、第３の磁気抵抗素子１５０６を通って一方向に流れ、第４の磁気抵抗素子１５０８を通って物理的に反対の方向に流れる。この結合は、図５、図５Ａ、図６、図６Ａ及び図７、図７Ａ、図８、図８Ａのハーフブリッジ回路に示された結合と同じであるか又は同様である。
【０１７２】
ＡＣ混合電流及び結果として生じる自己生成ＡＣ混合磁場は、図１３に関連して上述したものと同じであるか又は同様である。しかしながら、ここでは、図１４のように、他の構成要素が、自己生成ＡＣ混合磁場と同じように混合を増加させ発生させる外部生成ＡＣ混合磁場を生成する。この目的のために、磁場センサ１５００は、第１、第２、第３及び第４の磁気抵抗素子１５０２、１５０４、１５０６、１５０８にそれぞれ近接した電流導体１５１０、１５１２、１５１５、１５１６を含むことができる。いくつかの実施形態では、電流導体１５１０、１５１２、１５１４、１５１６は、電流導体を流れる交流１５５２（及び１５５４）が、第１、第２、第３、及び第４の磁気抵抗素子１５０２、１５０４、１５０６、１５０８において上述した自己生成ＡＣ混合磁場を増加させる外部生成ＡＣ混合磁場を生成するように、直列に結合される。図１４の配置とは異なり、電流導体１５１０、１５１２、１５１４、１５１６は、ＡＣ混合電流１５３４ａ（及び１５４０ａ）及び１５３４ｂ（及び１５４０ｂ）と直列に結合され、電流導体１５１０、１５１２、１５１４、１５１６を通る電流を駆動する追加の駆動回路は不要である。この構成は、図１４の磁場センサ１４００と比較して電力を節約する。
【０１７３】
組み合わされたＡＣ混合磁場は、上述した自己生成ＡＣ混合磁場と同じ方法で動作して混合を提供する交流磁場である。しかしながら、電流導体１５１０、１５１２、１５１５、１５１６によって生成された外部ＡＣ混合磁場は、自己生成ＡＣ混合磁場よりも大きくなり得、その結果、上記式においてΔＲの値が大きくなり、結果としてより大きなＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分を生じる。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、外部ＡＣ混合磁場は、各磁気抵抗素子における自己生成ＡＣ混合磁場と同じ位相（及び周波数）である。
マルチプレクサ１５２０、増幅器１５２２、デマルチプレクサ１５２４、ローパスフィルタ１５２６、及び比較器１５２８は、図１１のマルチプレクサ１１１６、増幅器１１１８、デマルチプレクサ１１２０、ローパスフィルタ１１２２、及び比較器１１２４と同じ又は同様である。信号１５１８ａ及び１５１８ｂ、１５２０ａ及び１５２０ｂ、１５２２ａ、１５２４ａ、１５２６ａ、１５２８ａは、それぞれ、信号１１１６ａ、１１１８ａ、１１２０ａ、１１２２ａ及び１１２４ａと同じ又は同様である。しかしながら、ここでは、増幅器１５２２は、２つの入力ノードを有する差動増幅器である。
【０１７５】
混合を受ける第１及び第２の磁気抵抗素子１５０２、１５０４の動作は、図５、図５Ａ、図７、図７Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。混合を受ける第３及び第４の磁気抵抗素子１５０６、１５０８の動作は、図６、図６Ａ、図８、図８Ａ、図９、及び図９Ａに関連して上述されている。２つのハーフブリッジを有するフルブリッジの動作は、図９Ｂに関連して上述されている。
【０１７６】
ローパスフィルタ１５２６は、ＤＣ成分、例えば、図９のＤＣ成分９４２のみを残して、ＡＣ信号成分、例えば、図９Ｂの信号９４４のＡＣ信号成分９４４を除去することができる。
【０１７７】
磁石１５４４の検知は、図１１に関連して上述した磁石１１２８の検知と同じ又は同様である。磁石１５４４の移動の例は、線１５４６によって示されている。しかしながら、移動は、直線に沿っている必要はなく、又は、磁気抵抗素子１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の最大応答軸に平行な線に沿っている必要はない。
【０１７８】
磁場センサ１５００は必ずしも磁石１５４４を含む必要はない。磁場センサ１５００として示される電子構成要素は、共通の半導体基板上に配設され得る。
次に図１６を参照すると、図１４の電流導体１４１０、１４１２、１４１４、１４１６及び／又は図１５の電流導体１５１０、１５１２、１５１６、１５１８はそれぞれ、半導体基板内において１つ又は複数のループから構成され得、各ループは半導体基板の異なる金属層、例えばＭ１、Ｍ２、Ｍ３に形成される。クロスハッチングされたパッチは、それぞれの磁気抵抗素子１６０２の下又は上のそれぞれの電流導体部分を表す。
【０１７９】
ループを使用することにより、磁気抵抗素子１６０２を通るいずれか１つの電流導体よりも高い外部生成ＡＣ混合磁場が得られることが理解されるであろう。
２つ以上のループを有することにより、上記の式におけるΔＲの値が大きくなり、その結果ＤＣ電圧又はＤＣ電圧成分が大きくなる。
【０１８０】
近接検知器又は磁気スイッチとして使用される磁場センサは、上述されている。上記の各磁場センサは、磁性物体、例えば磁石の近接を検知するように構成される。以下の回路は、磁性物体又は強磁性物体の回転速度を検知するために同様の回路を使用する。
【０１８１】
次に図１７を参照すると、磁場センサ１７００は、検知信号１７０６ａを生成するように構成された磁気抵抗素子ブリッジ１７０６（又は単一素子）を含む。電子機器１７０８は、検知信号１７０６ａを受信するように結合され、出力信号１７０８ａを生成するように構成される。
【０１８２】
磁気抵抗素子ブリッジ１７０６（又は単一素子）は、上述した磁気抵抗素子構成のいずれかと同じ又は同様であってもよい。電子機器１７０８は、上述した電子構成要素のいずれかと同じ又は同様であってもよい。
【０１８３】
磁場センサ１７００は、外側パッケージ１７０２、例えば、プラスチックパッケージ又は成形パッケージも含むことができる。
図１１〜図１５の磁場センサと同様に、磁石の近接を示す出力信号が供給されると、磁場センサは、リング磁石１７１２の回転速度に比例する割合における遷移でリング磁石１７１２のＮ極及びＳ極の近接を示す出力信号１７０８ａを出力することができる。
【０１８４】
交互のＮ極とＳ極を有する線磁石の動き又は位置を検知する磁場センサは、同様に動作することができる。
次に図１８を参照すると、磁場センサ１８００は、検知された信号１８０６ａを生成するように結合された磁気抵抗素子ブリッジ１８０６（又は単一素子）を含む。電子機器１８０８は、検知された信号１８０６ａを受信するように結合され、出力信号１８０８ａを生成するように構成される。
【０１８５】
磁場センサ１８０は、磁気抵抗素子ブリッジ（又は単一素子）の近傍にＤＣ磁場を生成する永久磁石１８１０を含むことができる。
磁気抵抗素子ブリッジ１８０６（又は単一素子）は、上述した磁気抵抗素子構成のいずれかと同じ又は同様であってもよい。電子機器１８０８は、上述した電子構成要素のいずれかと同じ又は同様であってもよい。
【０１８６】
磁場センサ１８００は、外側パッケージ１８０２、例えば、プラスチックパッケージ又は成形パッケージも含むことができる。
図１１〜図１５の磁場センサと同様に、磁石の近接を示す出力信号が供給されると、磁場センサ１８００は、強磁性ギヤの回転速度に比例する割合における遷移で強磁性ギヤ１８１２の歯、例えば１８１４の近接を示す出力信号１８０８ａを出力することができる。
【０１８７】
強磁性ギヤ１８１２の歯が磁気抵抗素子ブリッジ（又は単一素子）を通過すると、歯は、磁石１８１０によって生成された磁気抵抗素子ブリッジ１８０６（又は単一素子）に近接する磁場の大きさ及び方向を変更する。
【０１８８】
磁石１８１０は、パッケージ１８０２の内部又は上、又はパッケージ１８０２の近くに配置され得る。
いくつかの実施形態は、単一の共通の半導体基板に全ての電子構成要素を含むように上記で記載されているが、他の実施形態では、２つ以上の半導体基板に電子構成要素が配設され得る。例えば、いくつかの実施形態では、上述の磁気抵抗素子は第１の半導体基板に配設され得、他の特定された電子構成要素は第２の異なる半導体基板に配設され得、２つの基板は相互に信号接続される。
【０１８９】
本明細書で引用した全ての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
この特許の主題である様々な概念、構造及び技術を説明するのに役立つ好ましい実施形態を説明したので、これらの概念、構造及び技術を組み込んだ他の実施形態が使用され得ることは明らかである。したがって、特許の範囲は記載された実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。
【図１】
2018531383.tif 000003
【図２】
2018531383.tif 000004
【図２Ａ】
2018531383.tif 000005
【図３】
2018531383.tif 000006
【図３Ａ】
2018531383.tif 000007
【図４】
2018531383.tif 000008
【図５】
2018531383.tif 000009
【図５Ａ】
2018531383.tif 000010
【図６】
2018531383.tif 000011
【図６Ａ】
2018531383.tif 000012
【図７】
2018531383.tif 000013
【図７Ａ】
2018531383.tif 000014
【図８】
2018531383.tif 000015
【図８Ａ】
2018531383.tif 000016
【図９】
2018531383.tif 000017
【図９Ａ】
2018531383.tif 000018
【図９Ｂ】
2018531383.tif 000019
【図１０】
2018531383.tif 000020
【図１１】
2018531383.tif 000021
【図１２】
2018531383.tif 000022
【図１３】
2018531383.tif 000023
【図１４】
2018531383.tif 000024
【図１５】
2018531383.tif 000025
【図１６】
2018531383.tif 000026
【図１７】
2018531383.tif 000027
【図１８】
2018531383.tif 000028
【国際調査報告】
2018531383.tif 000029
2018531383.tif 000030
2018531383.tif 000031