特許 7516505 擬似切替えを低減した磁場センサおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-05

(45)【発行日】2024-07-16

(54)【発明の名称】擬似切替えを低減した磁場センサおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20240708BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 B

【請求項の数】 30

(21)【出願番号】P 2022503548

(86)(22)【出願日】2020-06-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-26

(86)【国際出願番号】 US2020038025

(87)【国際公開番号】W WO2021021333

(87)【国際公開日】2021-02-04

【審査請求日】2022-12-19

(31)【優先権主張番号】16/522,810

(32)【優先日】2019-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501105602

【氏名又は名称】アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100119781

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 彰吾

(72)【発明者】

【氏名】デビッド，ポール・エイ

(72)【発明者】

【氏名】テイラー，ウィリアム・ピー

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４５２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４１００６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６２７８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００９６７２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００ ～ ５／２５２

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

事前決定された動きで動くように動作可能であり、動きを停止するように動作可能な磁石に反応する磁場センサであって、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁場検知素子であって、前記第１の磁場検知素子が第１の磁気抵抗素子を備え、前記第１の磁場検知素子が前記磁石に反応する、第１の磁場検知素子と、
前記基板上に形成された第２の磁場検知素子であって、前記第２の磁場検知素子が第２の磁気抵抗素子を備え、前記第２の磁場検知素子が前記磁石に反応し、前記磁石が動きを停止している間に前記第１および第２の磁場検知素子に対する前記磁石の１つまたは複数の位置において、前記第１の磁場検知素子または前記第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つが、前記磁石に反応して飽和状態に入る、第２の磁場検知素子と、
前記基板上に形成され、前記第１および第２の磁場検知素子に最も近い第３の磁場検知素子であって、前記第３の磁場検知素子が、前記磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成するように動作可能であり、前記磁石が動きを停止している間に前記１つまたは複数の位置において、前記第３の磁場検知素子が前記磁石に反応して飽和状態に入らないか、または前記磁石に反応して前記第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する、第３の磁場検知素子と、
前記第３の磁場検知素子に結合されたウィンドウ比較回路であって、前記ウィンドウ比較回路が上限しきい値および下限しきい値に反応し、前記ウィンドウ比較回路が、前記第３の磁場検知素子信号が前記上限しきい値と前記下限しきい値との間のウィンドウの外部にあることを示す第１の状態、および前記第３の磁場検知素子信号が前記ウィンドウの内部にあることを示す第２の状態を有する信号を生成するように動作可能であり、前記第１の状態においては、高い状態の禁止フラグが生成され、前記第２の状態においては、低い状態の禁止フラグが生成される、
ウィンドウ比較回路と、
を備える、磁場センサ。

【請求項2】

前記第１および第２の磁場検知素子に結合された差分回路であって、前記差分回路が、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するように動作可能であり、前記差分回路がアナログ回路またはデジタル回路を備える、差分回路をさらに備える、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項3】

前記第１および第２の磁場検知素子がブリッジ回路内で結合され、前記ブリッジ回路が、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差動信号を生成するように動作可能であり、前記第１の磁場検知素子および前記第２の磁場検知素子が、共通の磁場に反応して前記差動信号に影響を及ぼす、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項4】

前記第３の磁場検知素子が、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つを備える、請求項３に記載の磁場センサ。

【請求項5】

前記第１および第２の磁場検知素子に結合された差分回路であって、前記差分回路が、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するように動作可能であり、前記差分回路がアナログ回路またはデジタル回路を備える、差分回路と、
前記差分回路に結合され、前記差分信号を１つまたは複数の検出器しきい値と比較するように動作可能であり、前記比較に応答して２状態検出器信号を生成するように動作可能な検出器回路であって、前記２状態検出器信号が、前記差分信号が前記１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および前記差分信号が前記１つまたは
複数の検出器しきい値を下回るときの前記第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有し、前記２状態検出器信号に関係する信号が、前記ウィンドウ比較回路によって生成された前記第１の状態によって禁止される、検出器回路と
をさらに備える、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項6】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約５０ガウスの磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－５０ガウスの磁場を表す、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項7】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項8】

前記第３の磁場検知素子が平面ホール素子を備える、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項9】

前記第３の磁場検知素子が垂直ホール素子を備える、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項10】

前記第３の磁場検知素子がＡＭＲ素子を備える、請求項１に記載の磁場センサ。

【請求項11】

事前決定された動きで動くように動作可能であり、動きを停止するように動作可能な磁石に反応する磁場センサの使用方法であって、前記磁場センサが、
基板と、
前記基板上に形成された第１の磁場検知素子であって、前記第１の磁場検知素子が第１の磁気抵抗素子を備え、前記第１の磁場検知素子が前記磁石に反応する、第１の磁場検知素子と、
前記基板上に形成された第２の磁場検知素子であって、前記第２の磁場検知素子が第２の磁気抵抗素子を備え、前記第２の磁場検知素子が前記磁石に反応し、前記磁石が動きを停止している間に前記第１および第２の磁場検知素子に対する前記磁石の１つまたは複数の位置において、前記第１の磁場検知素子または前記第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つが、前記磁石に反応して飽和状態に入る、第２の磁場検知素子と、
前記基板上に形成され、前記第１および第２の磁場検知素子に最も近い第３の磁場検知素子を備え、
前記方法が、
前記第３の磁場検知素子で前記磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成するステップであって、前記磁石が動きを停止している間に前記１つまたは複数の位置において、前記第３の磁場検知素子が前記磁石に反応して飽和状態に入らないか、または前記磁石に反応して前記第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する、ステップと
前記第３の磁場検知素子が上限しきい値と下限しきい値との間のウィンドウの外部にあることを示す第１の状態、および前記第３の磁場検知素子が前記ウィンドウの内部にあることを示す第２の状態を有する信号を生成するステップであって、前記第１の状態においては、高い状態の禁止フラグが生成され、前記第２の状態においては、低い状態の禁止フラグが生成される、ステップと、
を含む、方法。

【請求項12】

前記第１および第２の磁場検知素子に差分回路が結合されており、前記差分回路がアナログ回路またはデジタル回路であり、
前記差分回路で、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１および第２の磁場検知素子がブリッジ回路内で結合されており、前記方法が、
前記ブリッジ回路で、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差動信号を生成するステップであって、前記第１の磁場検知素子および前記第２の磁場検知素子が、共通の磁場に反応して前記差動信号に影響を及ぼす、ステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記第３の磁場検知素子が、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つを備える、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１および第２の磁場検知素子に差分回路が結合されており、前記差分回路がアナログ回路またはデジタル回路であり、
前記差分回路で、前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するステップと、
前記差分信号を１つまたは複数の検出器しきい値と比較するステップと、
前記比較に応答して、２状態検出器信号を生成するステップであって、前記２状態検出器信号が、前記差分信号が前記１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および前記差分信号が前記１つまたは複数の検出器しきい値を下回るときの前記第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有し、前記２状態検出器信号に関係する信号が、前記第１の状態によって禁止される、ステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記第３の磁場検知素子が平面ホール素子を備える、請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

前記第３の磁場検知素子が垂直ホール素子を備える、請求項１１に記載の方法。

【請求項20】

前記第３の磁場検知素子がＡＭＲ素子を備える、請求項１１に記載の方法。

【請求項21】

動くように動作可能な磁石に反応する磁場センサであって、
第１の磁場検知素子で前記磁石に反応して第１の磁場検知素子信号を生成するための手段であって、前記第１の磁場検知素子が第１の磁気抵抗素子を備える、手段と、
第２の磁場検知素子で前記磁石に反応して第２の磁場検知素子信号を生成するための手段であって、前記第２の磁場検知素子が第２の磁気抵抗素子を備え、前記磁石が動きを停止している間に前記第１および第２の磁場検知素子に対する前記磁石の１つまたは複数の位置において、前記第１の磁場検知素子または前記第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つが、前記磁石に反応して飽和状態に入る、手段と、
第３の磁場検知素子で前記磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成するための手段であって、前記１つまたは複数の位置において、前記第３の磁場検知素子が前記磁石に反応して飽和状態に入らないか、または前記磁石に反応して前記第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する、手段と、
前記第３の磁場検知素子が上限しきい値と下限しきい値との間のウィンドウの外部にあることを示す第１の状態、および前記第３の磁場検知素子が前記ウィンドウの内部にあることを示す第２の状態を有する信号を生成するための手段であって、前記第１の状態においては、高い状態の禁止フラグが生成され、前記第２の状態においては、低い状態の禁止フラグが生成される、手段と
を備える、磁場センサ。

【請求項22】

前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差分信号を生成するための手
段
をさらに備える、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項23】

前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するための手段であって、前記第１の磁場検知素子および前記第２の磁場検知素子が、共通の磁場に反応して前記差分信号に影響を及ぼす、手段
をさらに備える、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記第３の磁場検知素子が、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つを備える、請求項２３に記載の磁場センサ。

【請求項25】

前記第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差分信号を生成するための手段と、
前記差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および前記差分信号が前記１つまたは複数の検出器しきい値を下回るときの前記第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有する２状態検出器信号を生成するための手段であって、前記２状態検出器信号に関係する信号が前記第１の状態によって禁止される、手段と
をさらに備える、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項26】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項27】

前記上限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表し、前記下限しきい値が、前記第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項28】

前記第３の磁場検知素子が平面ホール素子を備える、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項29】

前記第３の磁場検知素子が垂直ホール素子を備える、請求項２１に記載の磁場センサ。

【請求項30】

前記第３の磁場検知素子がＡＭＲ素子を備える、請求項２１に記載の磁場センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、磁場センサに関し、より詳細には、切替え信号を生成し、切替え信号の擬似切替えを低減または除去するように動作可能な磁場センサに関する。

【背景技術】

【0002】

ホール効果素子および磁気抵抗素子を含む、様々なタイプの磁場センサ素子が知られている。磁場センサは、一般に、磁場検知素子および他の電子部品を含む。いくつかの磁場センサは、以下でより十分に記載される、いわゆる「バックバイアス」装置内の永久磁石（強磁性体）も含む。他の磁場センサは、磁石、たとえば、交互のＮ極とＳ極を有するリング磁石の動きを検知する。

【0003】

磁場センサは、検知された磁場を表す電気信号を供給する。磁石（バックバイアス装置）を有するいくつかの実施形態では、検知された磁場は磁石によって生成された磁場であり、その場合、動いている強磁性体の存在下で、磁石によって生成され、磁場センサによって検知された磁場は、動いている強磁性体の形状または外形に従って変化する。

【0004】

対照的に、動いている磁石（たとえば、交互のＮ極とＳ極を有するリング磁石）を検知する磁場センサは、磁石の動きに起因する磁場の大きさおよび方向の変動を直接検知する。

【0005】

いくつかの装置では、リング磁石（たとえば、強磁性リング磁石）は、対象物、たとえば、エンジン内のカムシャフト上に設置することができる。したがって、動いているリング磁石の検出によって検知されるのは、対象物（たとえば、カムシャフト）の回転である。

【0006】

リング磁石の動きを検知する磁場センサは、たとえば、自動車用途において、点火タイミング制御、燃料管理、アンチロックブレーキシステム、車輪速度センサ、および他の動作のためのエンジン制御プロセッサに情報を提供するために使用される。

【0007】

リング磁石の動きを検知する磁場センサによってエンジン制御プロセッサに提供される情報は、限定はしないが、対象物（たとえば、カムシャフト）が回転するときの絶対回転角度、回転速度、および回転方向を含むことができる。

【0008】

いくつかのタイプの磁気抵抗素子、たとえば、ＧＭＲ素子は、かなり低いレベルの、たとえば約５０ガウスを超える磁場で飽和する転移特性を有することが知られている。対照的に、ホール素子は、かなり高い磁場で飽和する。ＡＭＲ素子もＧＭＲ素子より高い磁場で飽和する。

【0009】

多くの磁場センサは、差動装置で結合されたより多くの磁場検知素子のうちの２つを使用することも知られている。差動装置は、一般に、外部（望まない、たとえば、ノイズ）の磁場が存在するときの磁場センサに対する有益な効果を提供する。本質的に、ノイズ信号は、差動装置の両方の信号によっておおよそ等しく受信され、信号の差分が加えられると、ノイズ信号は取り消される傾向がある。

【0010】

しかしながら、差動装置の一方の側が飽和すると、上記の取消が実現されず、ノイズ信号が差動装置の下流の回路に伝搬することが可能になる。
差動装置の一方の側が飽和し、他方の側が飽和しない状況の特定の例は、２つ（以上）の磁気抵抗素子によってリング磁石が検知され、磁気抵抗素子のうちの１つが飽和し、もう１つが飽和しない位置でリング磁石が回転を停止するときに発生する。そのような状態は、それに対する反応が望ましくない外部信号またはノイズ信号を磁場検知素子内の回路が処理する結果になる場合がある。

【0011】

いくつかの磁場センサは、２状態（すなわち、切替え）信号を生成する。差動装置の場合、２つの状態のうちの第１の状態は、２つ（以上）の磁気抵抗素子のうちの第１の磁気抵抗素子がリング磁石の第１の極（たとえば、Ｎ極）に最も近く、２つ（以上）の磁気抵抗素子のうちの第２の磁気抵抗素子がリング磁石の第２の極（たとえば、Ｓ極）に最も近いときに実現され得る。２つの状態のうちの第２の状態は、逆の状況が発生したとき、たとえば、磁気抵抗素子のうちの第２の磁気抵抗素子がリング磁石の第１の極（たとえば、Ｎ極）に最も近く、磁気抵抗素子のうちの第１の磁気抵抗素子がリング磁石の第２の極（たとえば、Ｓ極）に最も近いときに実現され得る。したがって、差動装置は、２つの磁場検知素子がリング磁石のＮ極とＳ極との間のエッジを囲むときに遷移が発生する、いわゆる「エッジ検出器」をもたらすことは明らかなはずである。

【0012】

２状態信号の遷移率は、リング磁石の回転速度を示すことができる。
差動装置の一方の側が飽和し、他方の側が飽和しない状況の上述された例の場合、たとえば、リング磁石の特定の停止位置の場合、上述された２状態信号は、リング磁石が動いていないが、外部またはノイズの磁場によって乱されたときでも、２つの状態の間を交互に切り替わることができることを諒解されたい。そのような切替えは、本明細書では「擬似切替え」と呼ばれ得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

特にリング磁石が停止したときに、リング磁石に反応するが、擬似切替えを低減した、または擬似切替えをもたない、差動装置内の磁気抵抗素子を使用する磁場センサを提供することが望ましいはずである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、特にリング磁石が停止したときに、リング磁石に反応するが、擬似切替えを低減した、または擬似切替えをもたない、差動装置内の磁気抵抗素子を使用する磁場センサを提供する。

【0015】

本発明の態様を理解するのに役立つ一例によれば、事前決定された動きで動くように動作可能であり、動きを停止するように動作可能な磁石に反応する磁場センサは、基板、および基板上に形成された第１の磁場検知素子を含み、第１の磁場検知素子は第１の磁気抵抗素子を備える。第１の磁場検知素子は磁石に反応する。磁場センサは、基板上に形成された第２の磁場検知素子も含み、第２の磁場検知素子は第２の磁気抵抗素子を備える。第２の磁場検知素子も磁石に反応する。第１および第２の磁場検知素子に対する磁石の１つまたは複数の位置において、第１の磁場検知素子または第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つは、磁石に反応して飽和状態に入る。磁場センサは、基板上に形成され、第１および第２の磁場検知素子に最も近い第３の磁場検知素子も含み、第３の磁場検知素子は、磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成するように動作可能であり、磁石が動きを停止している間に１つまたは複数の位置において、第３の磁場検知素子は磁石に反応して飽和状態に入らないか、または磁石に反応して第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する。

【0016】

特徴は、単独で、または他の特徴と組み合わせて、以下のうちの１つまたは複数を含んでもよい。磁場センサは、第１および第２の磁場検知素子に結合された差分回路を含んでもよく、差分回路は、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するように動作可能であり、差分回路は、アナログ回路またはデジタル回路を含んでもよい。第１および第２の磁場検知素子は、ブリッジ回路内で結合されてもよく、ブリッジ回路は、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差動信号を生成するように動作可能であり、第１の磁場検知素子および第２の磁場検知素子は、共通の磁場に反応して反対方向の差動信号に影響を及ぼす。第３の磁場検知素子は、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つを含んでもよい。磁場センサは、第３の磁場検知素子に結合されたウィンドウ比較回路をさらに含んでもよく、ウィンドウ比較回路は上限しきい値および下限しきい値に反応し、ウィンドウ比較回路は、第３の磁場検知素子信号が上限しきい値と下限しきい値との間のウィンドウの内部にあることを示す第１の禁止状態、および第３の磁場検知素子信号がウィンドウの外部にあることを示す第２の禁止状態を有する禁止信号を生成するように動作可能である。磁場センサは、第１および第２の磁場検知素子に結合された差分回路をさらに含んでもよく、差分回路は、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するように動作可能であり、差分回路が、アナログ回路またはデジタル回路、および差分回路に結合され、差分信号を１つまたは複数の検出器しきい値と比較するように動作可能であり、比較に応答して２状態検出器信号を生成するように動作可能な検出器回路であって、２状態検出器信号が、差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を下回るときの第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有し、２状態検出器信号に関係する信号が、ウィンドウ比較回路によって生成された第１の禁止状態によって禁止される、検出器回路を含んでもよい。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約５０ガウスの磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－５０ガウスの磁場を表す場合がある。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す場合がある。第３の磁場検知素子は平面ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子は垂直ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子はＡＭＲ素子であってもよい。

【0017】

本発明の別の態様を理解するのに役立つ別の例によれば、事前決定された動きで動くように動作可能であり、動きを停止するように動作可能な磁石に反応する磁場センサにおいて使用される方法は、基板上に第１の磁場検知素子を形成することを含み、第１の磁場検知素子は第１の磁気抵抗素子を備える。第１の磁場検知素子は磁石に反応する。方法は、基板上に第２の磁場検知素子を形成することも含み、第２の磁場検知素子は第２の磁気抵抗素子を備える。第２の磁場検知素子も磁石に反応する。磁石が動きを停止している間に第１および第２の磁場検知素子に対する磁石の１つまたは複数の位置において、第１の磁場検知素子または第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つは、磁石に反応して飽和状態に入る。方法は、基板上に、かつ第１および第２の磁場検知素子に最も近く第３の磁場検知素子を形成することも含む。方法は、第３の磁場検知素子で磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成することも含み、磁石が動きを停止している間に１つまたは複数の位置において、第３の磁場検知素子は磁石に反応して飽和状態に入らないか、または磁石に反応して第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する。

【0018】

特徴は、単独で、または他の特徴と組み合わせて、以下のうちの１つまたは複数を含んでもよい。方法は、第１および第２の磁場検知素子に差分回路を結合することと、差分回路で、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成することとをさらに含んでもよく、差分回路はアナログ回路またはデジタル回路である。第１および第２の磁場検知素子は、ブリッジ回路内で結合されてもよく、方法は、ブリッジ回路で、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差動信号を生成することをさらに含んでもよく、第１の磁場検知素子および第２の磁場検知素子は、共通の磁場に反応して反対方向の差動信号に影響を及ぼす。第３の磁場検知素子は、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つを含んでもよい。方法は、ウィンドウ比較回路で、第３の磁場検知素子が上限しきい値と下限しきい値との間のウィンドウの内部にあることを示す第１の禁止状態、および第３の磁場検知素子がウィンドウの外部にあることを示す第２の禁止状態を有する禁止信号を生成することをさらに含んでもよい。方法は、第１および第２の磁場検知素子に差分回路を結合することと、差分回路で、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成することをさらに含んでもよく、差分回路はアナログ回路またはデジタル回路であり、方法は、差分信号を１つまたは複数の検出器しきい値と比較することと、比較に応答して、差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を下回るときの第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有する２状態検出器信号を生成することをさらに含むことができ、２状態検出器信号に関係する信号は、ウィンドウ比較回路によって生成された第１の禁止状態によって禁止される。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す場合がある。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す場合がある。第３の磁場検知素子は平面ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子は垂直ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子はＡＭＲ素子であってもよい。

【0019】

本発明の別の態様を理解するのに役立つ別の例によれば、動くように動作可能な磁石に反応する磁場センサは、第１の磁場検知素子で磁石に反応して第１の磁場検知素子信号を生成するための手段を含み、第１の磁場検知素子は第１の磁気抵抗素子を備える。磁場センサは、第２の磁場検知素子で磁石に反応して第２の磁場検知素子信号を生成するための手段も含み、第２の磁場検知素子は第２の磁気抵抗素子を備える。磁石が動きを停止している間に第１および第２の磁場検知素子に対する磁石の１つまたは複数の位置において、第１の磁場検知素子または第２の磁場検知素子のうちの少なくとも１つは、磁石に反応して飽和状態に入る。方法は、第３の磁場検知素子で磁石に反応して第３の磁場検知素子信号を生成するための手段も含み、１つまたは複数の位置において、第３の磁場検知素子は磁石に反応して飽和状態に入らないか、または磁石に反応して第１および第２の磁場検知素子よりも高い磁場で飽和する。

【0020】

特徴は、単独で、または他の特徴と組み合わせて、以下のうちの１つまたは複数を含んでもよい。磁場センサは、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差分信号を生成するための手段をさらに含んでもよい。磁場センサは、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応の差分に関係する差分信号を生成するための手段をさらに含んでもよく、第１の磁場検知素子および第２の磁場検知素子は、共通の磁場に反応して反対方向の差分信号に影響を及ぼす。第３の磁場検知素子は、平面ホール素子、垂直ホール素子、またはＡＭＲ素子のうちの選択された１つであってもよい。磁場センサは、第３の磁場検知素子が上限しきい値と下限しきい値との間のウィンドウの内部にあることを示す第１の禁止状態、および第３の磁場検知素子がウィンドウの外部にあることを示す第２の禁止状態を有する禁止信号を生成するための手段をさらに含んでもよい。磁場センサは、第１および第２の磁場検知素子の磁気反応に関係する差分信号を生成するための手段と、差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を上回るときの第１の検出器状態、および差分信号が１つまたは複数の検出器しきい値を下回るときの第１の検出器状態とは異なる第２の検出器状態を有する２状態検出器信号を生成するために手段であって、２状態検出器信号に関係する信号が第１の禁止状態によって禁止される、手段とをさらに含んでもよい。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す場合がある。上限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約２５ガウスと約１００ガウスとの間の磁場を表す場合があり、下限しきい値は、第３の磁場検知素子が遭遇する約－２５ガウスと約－１００ガウスとの間の磁場を表す場合がある。第３の磁場検知素子は平面ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子は垂直ホール素子であってもよい。第３の磁場検知素子はＡＭＲ素子であってもよい。

【0021】

本発明の前述の特徴ならびに本発明自体は、以下の図面の詳細説明からより十分に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】リング磁石に最も近い磁場センサを示すブロック図である。

【図2】垂直ホール素子を有し、差動装置内に配置された４つの磁気抵抗素子を有し、リング磁石に最も近く配置された磁場センサを示すブロック図である。

【図3】水平または平面のホール素子を有し、差動装置内に配置された４つの磁気抵抗素子を有し、リング磁石に最も近く配置された磁場センサを示すブロック図である。

【図4】差動装置内に配置された４つの磁気抵抗素子を示す概略図である。

【図5】垂直ホール素子、４つの磁気抵抗素子、ピークまたはしきい値検出器、および出力信号を供給する回路を有する磁場センサを示すブロック図である。

【図6】それらのうちの１つが図５のピークまたはしきい値検出器として使用され得るピーク検出器およびしきい値検出器を示すブロック図である。

【図7】磁場センサ内で生成され得る信号を示し、擬似切替えを示すグラフである。

【図8】磁場センサに最も近いリング磁石が停止したときの図５の磁場センサ内で生成され得る信号を示し、フラグ信号の動作を示すブロック図である。

【図9】磁場センサに最も近いリング磁石が回転したときの図５の磁場センサ内で生成され得る信号を示し、フラグ信号の動作を示すブロック図である。

【図10】磁場センサに最も近いリング磁石が停止したときの、垂直ホール素子の代わりに平面ホール素子を有する、図５の磁場センサ内で生成され得る信号を示し、フラグ信号の動作を示すブロック図である。

【図11】磁場センサに最も近いリング磁石が回転したときの、垂直ホール素子の代わりに平面ホール素子を有する、図５の磁場センサ内で生成され得る信号を示し、フラグ信号の動作を示すブロック図である。

【図12】２つの信号チャネルを実現する４つの磁気抵抗素子の交互結合を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明を記載する前に、特定の形状（たとえば、リング磁石）、磁場パターン、または磁化パターンを有する磁石を検知するための磁場センサに対して、本明細書において参照が時々行われることに留意されたい。しかしながら、当業者は、本明細書に記載される技法が、様々なサイズおよび形状の検知された磁石、磁場パターン、または磁化パターンに適用可能であることを諒解されよう。

【0024】

本発明を記載する前に、いくつかの前置きの概念および用語が説明される。
本明細書で使用される「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。磁場検知素子は、限定はしないが、ホール効果素子、磁気抵抗素子、または磁気トランジスタであり得る。知られているように、異なるタイプのホール効果素子、たとえば、平面ホール素子、垂直ホール素子、および円形垂直ホール（ＣＶＨ）素子が存在する。同じく知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子、たとえば、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）などの半導体磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、たとえば、スピンバルブ、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、トンネル型磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、および磁気トンネル接合（ＭＴＪ）が存在する。磁場検知素子は単一の素子であってもよく、または代替として、様々な構成、たとえば、ハーフブリッジもしくはフル（ホイートストン）ブリッジで配置された２つ以上の磁場検知素子を含んでもよい。デバイスタイプおよび他の適用要件に応じて、磁場検知素子は、シリコン（Ｓｉ）もしくはゲルマニウム（Ｇｅ）などのタイプＩＶの半導体素材、またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のようなタイプＩＩＩ～Ｖの半導体素材、またはインジウム化合物、たとえばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）から作られたデバイスであってもよい。

【0025】

知られているように、上述された磁場検知素子のうちのいくつかは、磁場検知素子を支持する基板に平行な最大感度の軸を有する傾向があり、上述された磁場検知素子のうちの他は、磁場検知素子を支持する基板に垂直な最大感度の軸を有する傾向がある。詳細には、平面ホール素子は基板に垂直な感度の軸を有する傾向があり、金属ベースまたは金属の磁気抵抗素子（たとえば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ）および垂直ホール素子は、基板に平行な感度の軸を有する傾向がある。

【0026】

本明細書で使用される「磁場センサ」という用語は、概して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、限定はしないが、磁場の方向の角度を検知する角度センサ、通電導体によって運ばれる電流によって生成された磁場を検知する電流センサ、強磁性体の近接度を検知する磁気スイッチ、バックバイアスされた磁石または他の磁石と組み合わせて磁場センサが使用されるところの、通過する強磁性物、たとえば、リング磁石または強磁性体（たとえば、ギヤの歯）の磁区を検知する回転検出器、および磁場の磁界密度を検知する磁場センサを含む様々な用途に使用される。

【0027】

「平行」または「垂直」という用語は、本明細書の様々なコンテキストで使用される。平行および垂直という用語は、正確な直角度または正確な平行度を必要とせず、代わりに、通常の製造公差が適用されることが意図され、その公差は用語が使用されるコンテキストに依存することを理解されたい。いくつかの例では、「実質的に」という用語は、「平行」または「垂直」という用語を修飾するために使用される。一般に、「実質的に」という用語の使用は、たとえば、＋／－１０度以内の製造公差を超える角度を反映する。

【0028】

本明細書で使用される「ホール素子」という用語は、平面ホール素子または垂直ホール素子のいずれかを記述するために使用される。
本明細書で使用される「プロセッサ」という用語は、機能、動作、または動作の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、または動作のシーケンスは、電子回路の中にハードコーディングされるか、またはメモリデバイス内に保持された命令によってソフトコーディングされ得る。「プロセッサ」は、デジタル値を使用して、またはアナログ信号を使用して、機能、動作、または動作のシーケンスを実行することができる。

【0029】

いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内で具現化され得、ＡＳＩＣはアナログＡＳＩＣまたはデジタルＡＳＩＣであり得る。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、関連付けられたプログラムメモリを有するマイクロプロセッサ内で具現化され得る。いくつかの実施形態では、「プロセッサ」は、アナログまたはデジタルであり得る個別電子回路内で具現化され得る。

【0030】

本明細書で使用される「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、または動作のシーケンスの部分を実行する内部プロセッサまた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、または動作のシーケンスの部分を実行する内部プロセッサまたは内部モジュールを含むことができる。

【0031】

本明細書の図に示された電子回路は、アナログブロックまたはデジタルブロックの形態で示される場合があるが、アナログブロックは同じかまたは同様の機能を実行するデジタルブロックによって置き換えられ得、デジタルブロックは同じかまたは同様の機能を実行するアナログブロックによって置き換えられ得ることが理解されよう。アナログデジタル変換またはデジタルアナログ変換は、図に明確に示されていない場合があるが、理解されるべきである。

【0032】

詳細には、いわゆる比較器は、入力信号がしきい値レベルを上回るかもしくは下回ることを示す（または１つの入力信号が別の入力信号を上回るかもしくは下回ることを示す）２状態出力信号を有するアナログ比較器から構成され得る。しかしながら、比較器は、それぞれ、入力信号がしきい値レベルを上回るかもしくは下回ることを示す（または１つの入力信号が別の入力信号を上回るかもしくは下回ることを示す）少なくとも２つの状態、あるいはデジタルしきい値を上回るかもしくは下回るデジタル値（または別のデジタル値）を有する出力信号を有するデジタル回路からも構成され得る。

【0033】

本明細書で使用される「事前決定された」という用語は、値または信号を指すとき、製造時に工場内で、またはその後、外部手段、たとえばプログラミングによって設定または固定された値または信号を指すために使用される。本明細書で使用される「決定された」という用語は、値または信号を指すとき、製造後、動作中に回路によって識別された値または信号を指すために使用される。

【0034】

本明細書で使用される「線」および「線形」という用語は、直線または曲線のいずれかを記述するために使用される。線は、無限よりも小さい任意の次数を有する関数によって記述され得る。

【0035】

図１を参照すると、磁場センサ１００は、リング磁石１１２に最も近く配置されている。磁場センサ１００は、第１の主面１０２ａを有する基板１０２を含む。第１の主面１０２ａは、ページまで延在し、ページから延在する。磁場検知素子１０４は、基板１０２の第１の面１０２ａの上または下に配置され得る。電子回路１０６も、基板１０２の第１の面１０２の上または下に配置され得る。電子回路は、磁場検知素子１０４に結合され得る。

【0036】

リング磁石１１２は、交互のＮ極およびＳ極、たとえば１１２ａを有することができる。
リング磁石は、デカルト座標１１０のｘ－ｚ平面内で回転軸１１８のまわりを方向１１４に回転するように動作可能であり得る。第１の面１０２ａは、ｘ－ｚ平面内に配置され得る。

【0037】

磁場センサ１００は、磁場センサ１００の異なる方位の範囲にわたって動作可能であり得る。たとえば、磁場センサ１００は、おおよそ±４５度の角度を介して線１２０のまわりのｘ－ｙ平面内で回転することができる。磁場センサは、おおよそ±４５度の角度を介して線１２２によって表されたｘ－ｙ平面内で傾斜することもできる。

【0038】

いくつかの実施形態では、磁場検知素子１０４は、以下により十分に記載される、磁気抵抗素子と、ホール素子、垂直ホール素子、または平面ホール素子の組合せを含むことができる。

【0039】

図２を参照すると、磁場センサ２００は、図１の磁場センサ１００と同じかまたは同様であり得る。磁場センサ２００は、第１の主面２０２ａを有する基板２０２を含むことができる。４つの磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２は、第１の面２０２ａの上または中に配置され得る。いくつかの実施形態では、４つの磁気抵抗素子磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２はＧＭＲ素子であり得、ＧＭＲ素子は、高い感度を有するが、かなり低い飽和磁場、たとえば、＋／－５０ガウスを有する。

【0040】

垂直ホール素子２１４は、磁気抵抗素子２０４、２０６のペアと磁気抵抗素子２１０、２１２のペアとの間に配置され得る。垂直ホール素子は、ＧＭＲ素子の飽和レベルよりもかなり高い磁場で飽和することが知られている。上述されたように、磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２は、基板２０２の第１の主面２０２ａに平行であり、リング磁石２２０への接線に平行な直線２１６と位置合わせされた最大反応軸を有する。同じく上述されたように、垂直ホール素子２１４は、基板２０２の第１の主面２０２ａに平行であり、同じく直線２１６と位置合わせされた最大反応軸を有する。

【0041】

リング磁石２２０は、図１のリング磁石１１２と同じかまたは同様であり得る。リング磁石２２０は、明確にするために、ここでは二点鎖線で示されているが、表面２０２ａの上に配置され得る。リング磁石２２０の１つの極は幅２２２を有することができる。磁気抵抗素子２０４、２０６のペアの中心と磁気抵抗素子２１０、２１２のペアの中心との間の距離は、リング磁石２２０の極の幅２２２とおおよそ同じであり得る。

【0042】

磁場センサ２００も、磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２に結合され、垂直ホール素子２１４にも結合され得る電子回路２１８を含むことができる。
磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２はまた、それぞれ、文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで指定される。垂直ホール素子２１４はまた、文字Ｅで指定される。それらの文字は、下記の他の図で使用される。

【0043】

次に、その中で同様の参照名称を有する図２の同様の要素が示された図３を参照すると、磁場センサ３００は、第１の主面３０２ａを有する基板３０２を含むことができる。図２の磁場センサ２００とは異なり、磁場センサ３００は、図２の磁場センサ２００の垂直ホール素子２１４の代わりに、同様に文字Ｆで指定された平面ホール素子３０６を含むことができる。上述されたように、平面ホール素子２１４は、基板２０２の第１の主面２０２ａに垂直であり、直線２１６と交差する最大反応軸を有する。平面ホール素子は、ＧＭＲ素子の飽和レベルよりもかなり高い磁場で飽和することが知られている。

【0044】

磁場センサ３００も、磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２に結合され、平面ホール素子３０６にも結合され得る電子回路３０４を含むことができる。
垂直ホール素子２１４および平面ホール素子３０６が図２および図３に示されているが、他のタイプの磁場検知素子が中心位置に配置され得る。中心位置に配置されるどのタイプの磁場検知素子も、磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２ができるよりも高いレベルの磁場にある磁場を正確に検知するように動作可能であり得る。言い換えれば、中心位置に配置された磁場検知素子は、外側の磁気抵抗素子よりも実質的に高い磁場で飽和することができる。ＡＭＲは、中心位置に配置され得る別のタイプの磁場検知素子の一例である。

【0045】

次に図４を参照すると、いくつかの実施形態では、４つの磁気抵抗素子４０４、４０６、４０８、４１０は、電圧源４０２と基準電圧、たとえばアースとの間のホイートストンブリッジ配置４００内で結合され得る。４つの磁気抵抗素子４０４、４０６、４０８、４１０も、図２および図３の、それぞれ、４つの磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２に対する同様の文字指定によれば、文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによって識別される。したがって、文字指定は、４つの磁気抵抗素子４０４、４０６、４０８、４１０の物理配置を示すことができる。

【0046】

ホイートストンブリッジ配置４００は、Ｖ１、Ｖ２とも表される、差動電圧４１２、４１４を生成することができる。差動装置の利点が上述されている。磁気抵抗素子の飽和も上述されており、差動装置の利点を覆すことができる。

【0047】

４つの磁気抵抗素子４０４、４０６、４０８、４１０が示されているが、他の実施形態では、２つの磁気抵抗素子４０６、４０８のみが使用され、磁気抵抗素子４０４、４１０は、ここで、また下記の図５において固定値の抵抗器と置き換えられる。さらに他の実施形態では、２つの磁気抵抗素子４０４、４１０のみが使用され、磁気抵抗素子４０６、４０８は、ここで、また下記の図５において固定値の抵抗器と置き換えられる。

【0048】

次に図５を参照すると、磁場センサ５００は、図２の磁場センサ２００と同じかまたは同様であり得る。
ここで、文字Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄで指定された４つの磁気抵抗素子は、同じ文字指定を有する図２の４つの磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２と同じかまたは同様であり得る。４つの磁気抵抗素子Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄは、ホイートストンブリッジ配置内に配置され、ホイートストンブリッジ配置は、図４のホイートストンブリッジ配置４００と同じかまたは同様であり得る。４つの磁気抵抗素子Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄは、差動電圧５０４ａ、５０４ｂを生成することができ、それらは、図４の差動電圧４１２、４１４と同じかまたは同様であり得る。

【0049】

差分回路５０８は、差動電圧５０４ａ、５０４ｂを受け取ることができ、差分信号５０８ａを生成することができる。差分信号５０８ａは、ここではＤＩＦＦ信号とも呼ばれる。差分回路５０８は、１より大きいか、１より小さいか、または１の利得を有することができる。他の実施形態では、差分回路５０８は、アナログデジタル変換器（図示せず）が前に付くデジタル回路である。

【0050】

ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０は、差分信号５０８ａを受信することができ、比較信号５１０ａを生成することができる。ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０は、図６と連携して以下により十分に記載される。ここでは、しきい値検出器モジュール５１０のピークは、差分信号５０８ａのピーク間範囲内の１つまたは複数のしきい値を識別するように動作可能であり得、１つまたは複数のしきい値を差分信号５０８ａと比較して、差分信号５０８ａが１つまたは複数のしきい値を横断するときに状態を変化させる２状態信号として比較信号５１０ａを生成することができる、と言うに留めておく。比較信号５１０ａの状態の変化率は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石（たとえば、図１の１１２）の回転速度を示すことが明らかである。

【0051】

比較信号５１０ａはフォーマットモジュール５１２によって受信され得、フォーマットモジュール５１２はフォーマット化された出力信号５１２ａを生成するように動作可能であり得る。いくつかの実施形態では、フォーマット化された出力信号５１２ａは、パルス、たとえば、４５マイクロ秒のパルスを含むことができ、各パルスは比較信号５１０ａの遷移ごとに生成される。他の実施形態では、フォーマット化された出力信号５１２ａは、異なるフォーマット、たとえば、ＳＥＮＴフォーマット、ＰＷＭフォーマット、またはＩ２Ｃフォーマットを有する。

【0052】

ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０はまた、差分信号５０８ａのピーク間値を示すピーク間信号５１０ｂを生成するように動作可能であり得る。ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０はまた、差分信号５０８ａのオフセット値を示すオフセット信号５１０ｃを生成するように動作可能であり得る。

【0053】

自動利得制御モジュール５１６は、ピーク間信号５１０ｂを受信するために結合され得、差分回路５０８の利得を制御するために利得制御信号５１６ａを生成するように動作可能であり得る。自動オフセット調整モジュール５１４は、オフセット信号５１０ｃを受信するために結合され得、差分回路５０８のオフセット電圧を制御するためにオフセット制御信号５１４ａを生成するように動作可能であり得る。

【0054】

磁場センサ５００は、文字Ｅで識別された垂直ホール素子に結合されたウィンドウ比較器５１８を含むことができる。ウィンドウ比較器５１８は、出力禁止信号５１８ａを生成することができる。出力禁止信号５１８ａは、ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０もしくはフォーマットモジュール５１２のうちの１つまたは両方に結合され得る。

【0055】

動作中、ウィンドウ比較器５１８と一緒に垂直ホール素子Ｅは、磁気抵抗素子Ａ、ＣまたはＢ、Ｄのペアのうちの１つまたは両方を飽和状態に入れるのに十分大きい磁場を垂直ホール素子Ｅが検知したときを識別することができ、飽和状態によりホイートストンブリッジ配置の差動装置が差動回路として不正確に機能するようになる。したがって、上述されたように、外部磁場または浮遊磁場は、差動装置によって取り消されない場合があり、比較信号５１０ａは、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が動いていないときでも、状態変化を有する場合がある。しかしながら、出力禁止信号５１８ａの動作は、垂直ホール素子Ｅによって検知された磁場が磁気抵抗素子Ａ、ＣまたはＢ、Ｄのペアのうちの１つまたは両方を飽和させるのに十分大きいときに、比較信号５１０ａおよび／または出力信号５１２ａの状態遷移を無効にするか、またはさもなければ禁止する。

【0056】

ウィンドウ比較器５１８のしきい値は、垂直ホール素子Ｅが遭遇する、＋／－３０ガウス、＋／－４０ガウス、＋／－５０ガウス、＋／－６０ガウス、＋／－７０ガウス、または＋／－１００ガウスに対応することができ、それらを超えると、出力禁止信号５１８ａは第１の状態を想定し、それら以内では、出力禁止信号５１８ａは第２の異なる状態を想定する。

【0057】

図示されていないが、いくつかの実施形態では、垂直ホール素子Ｅとウィンドウ比較器５１８との間に増幅器が結合され得る。
いくつかの実施形態では、磁場センサ５００は、１つまたは複数のウィンドウ比較器のしきい値を保持するために、メモリ、たとえば、不揮発性メモリ、たとえば、ＥＥＰＲＯＭを含むことができる。いくつかの実施形態では、信号５２２は、たとえば、上記に列挙された磁場の範囲のうちの１つまたは複数に従って、磁場センサ５００の外部からメモリ５２０に１つまたは複数のウィンドウ比較器のしきい値を供給することができる。選択されたしきい値５２０ａは、磁場センサ５００が使用される用途に応じて、ウィンドウ比較器５１８によって使用され得る。

【0058】

いくつかの実施形態では、磁場センサ５００は、ピークまたはしきい値検出器５１０からの、検知された磁場を示す信号５１０ｄを受信するために結合されたしきい値プロセッサ５２４を含むことができる。しきい値プロセッサ５２４は、信号５１０ｄを使用して、検知された磁場に従って１つまたは複数のウィンドウ比較器のしきい値のうちの適切な１つを選択するように動作可能であり得る。メモリ５２０は、しきい値プロセッサによって生成された信号５２４ａに従ってウィンドウ比較器のしきい値５２０ａを供給することができる。

【0059】

磁気抵抗素子Ａ、ＣまたはＢ、Ｄのペアのうちの１つまたは両方の飽和は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石の磁極に反応して発生する可能性がある。下記の図７から、リング磁石が回転していないときの飽和が特に問題であることが明らかになる。

【0060】

いくつかの他の実施形態では、垂直ホール素子Ｅは、平面ホール素子、たとえば、図３の平面ホール素子３０６、Ｆと置き換えられ得る。他の実施形態では、ＡＭＲ素子が使用され得る。磁気抵抗素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄよりも実質的に高い磁場で飽和する任意の磁場検知素子は、垂直ホール素子Ｅの代わりに使用され得る。

【0061】

次に図６を参照すると、ピークおよびしきい値検出器モジュール６００は、ピーク検出器モジュールとしきい値検出器モジュールの両方を含む。しかしながら、図５のピークまたはしきい値検出器モジュール５１０は、モジュールのうちの１つしか必要としない。

【0062】

ＤＩＦＦ信号とも呼ばれる入力信号６０４は、図５の差分信号５０８ａと同じかまたは同様であり得る。
入力信号６０４は、ピーク比較器６４２の入力およびしきい値比較器６３８の入力に結合される。ピーク比較器６４２はしきい値電圧６３９も受け取り、しきい値比較器６３８はしきい値電圧６３６を受け取る。ピーク比較器６４２は、２状態信号であり得るピークアウト信号６４４を生成するように動作可能であり得る。しきい値比較器６３８は、同じく２状態信号であり得るスレッシュアウト(threshout)信号６４０を生成するように動作可能であり得る。

【0063】

しきい値電圧６３６、６３９は、正のピーク信号６２６ａおよび負のピーク信号６２８ａを受信するために結合された抵抗器分割器６３２によって生成され得、正のピーク信号６２６ａおよび負のピーク信号６２８ａは、それぞれ、入力信号６０４の保持された正のピークおよび負のピークを表す。抵抗器分割器６３２のタップは、ピークアウト信号６４４、スレッシュアウト信号６４０、および反転された信号バージョンのピークアウトＮおよびスレッシュアウトＮによって制御される送信ゲートによって受け取られ得る。したがって、送信ゲートは、高いしきい値電圧との低いしきい値電圧との間を交互に切り替わり、ピーク比較器６４２およびしきい値比較器６３８にヒステリシス効果がもたらされる。

【0064】

しきい値電圧６３９は２つの値の間を切り替え、２つの値のうちの第１の値は、抵抗器分割器６３２上のタップによって決定された、信号１３６の正のピークを下回る第１の事前決定された割合であり、２つの値のうちの第２の値は、入力信号６０４の負のピークを上回る第２の事前決定された割合である。１つの特定の実施形態では、第１および第２の事前決定された割合は、入力信号６０４のピーク間振幅の約９０パーセントおよび約１０パーセントである。したがって、しきい値電圧６３９は、入力信号６０４の正のピークに比較的近くそれを下回ることができるか、または入力信号６０４の負のピークに比較的近くそれを上回ることができる。したがって、ピーク比較器６４２は、入力信号６０４の正のピークおよび負のピークに密接に関連付けられたエッジを有するピークアウト信号６４４を生成する。

【0065】

しきい値電圧６３６も２つの値の間を切り替え、２つの値のうちの第１の値は、入力信号６０４のピーク間振幅の第１の事前決定された割合であり、２つの値のうちの第２の値は、入力信号６０４のピーク間振幅の第２の事前決定された割合である。１つの特定の実施形態では、第１の事前決定された割合は、入力信号６０４のピーク間振幅の約６０パーセントであり、第２の事前決定された割合は、入力信号６０４のピーク間振幅の約４０パーセントである。したがって、しきい値比較器６３８は、入力信号６０４の正のピークと負のピークとの間の中間点または５０％ポイントと比較的密接に関連付けられたエッジを有するスレッシュアウト信号６４０を生成する。

【0066】

しきい値電圧６３６のいくつかの実施形態では、５０％しきい値のみが使用される。
正のピーク信号６２６ａおよび負のピーク信号６２８ａは、カウンタ６２４、６２５、論理回路６２３、６２７、正のデジタルアナログ変換器（ＰＤＡＣ）６２６、負のデジタルアナログ変換器（ＮＤＡＣ）６２８、および比較器６２２、６３０ａによって生成される。比較器６２２は、ＰＤＡＣ６２６から入力信号６０４および正のピーク信号６２６ａを受信し、論理回路６２３およびカウンタ６２４によって提供されたフィードバックにより、正のピーク信号６２６ａ（すなわち、ＰＤＡＣ電圧）に入力信号６０４の正のピークを追跡および保持させる。同様に、比較器６３０は、ＮＤＡＣ６２８から入力信号６０４および負のピーク信号６２８ａを受信し、論理回路６２７およびカウンタ６２５によって提供されたフィードバックにより、負のピーク信号６２６ａ（すなわち、ＮＤＡＣ電圧）に入力信号６０４の負のピークを追跡および保持させる。したがって、正のピーク信号６２６ａと負のピーク信号６２８ａとの間の差動電圧は、入力信号６０４のピーク間振幅を表す。

【0067】

上記の説明から、しきい値信号６３９の２つの状態は入力信号６０４の正のピークおよび負のピークと密接に関連付けられ、しきい値信号６３６の２つの状態は入力信号６０４の中間点と密接に関連付けられることを認識されたい。

【0068】

ピークおよびしきい値検出器モジュール６００は、正のピーク信号６２６ａおよび負のピーク信号６２８ａを受信するために結合されたピーク間検出器モジュール６４６も含むことができる。ピーク間検出器モジュール６４６は、入力信号６０４のピーク間値を表すピーク間出力信号６４８を生成するように動作可能であり得る。ピークおよびしきい値検出器モジュール６００は、正のピーク信号６２６ａおよび負のピーク信号６２８ａを受信するために結合されたオフセット検出器モジュール６５０も含むことができる。オフセット検出器モジュール６５０は、入力信号６０４のオフセット値を表すオフセット出力信号６５２を生成するように動作可能であり得る。

【0069】

ピーク間信号出力６４８は、図５のピーク間信号５１０ｂと同じかまたは同様であり得る。オフセット出力信号６５２は、図５のオフセット信号５１０ｃと同じかまたは同様であり得る。ピークアウト信号６４４またはスレッシュアウト信号６４０は、図５の比較信号５１０ａと同じかまたは同様であり得る。

【0070】

次に図７、図８、図９、および図１０を参照すると、グラフ７００、８００、９００、１０００は、ガウスの磁場単位のスケールを有する垂直軸を有する。グラフ７００、８００、９００、１０００は、任意の単位の時間単位のスケールを有する水平軸を有する。しかしながら、水平スケールは、他の単位、たとえば、対象物の回転度であり得る。

【0071】

次に図７を参照すると、信号７０２は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジのブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つのペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２０４、２０６、ＡおよびＣによって生成された出力信号を表す。信号７０２から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６は、約－７５ガウスの磁場によって飽和することを認識されたい。

【0072】

信号７０４は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つの他のペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２１０、２１２、ＢおよびＤによって生成された出力信号を表す。信号７０４から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２は、約０ガウスの磁場によって飽和しないことを認識されたい。

【0073】

浮遊磁場７１２、すなわち、ＡＣ浮遊磁場（または図示されていないＤＣ浮遊磁場）であり得る磁場は、磁気抵抗素子の２つのペア２０４、２０６および２１０、２１２が遭遇する。磁気抵抗素子のペアのうちの１つのみ、たとえば、２１０、２１２は、浮遊磁場７１２に対する反応７０４を示し、したがって、ブリッジ配置内で結合された４つの磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２は、正確な差動信号、たとえば、図５の５０４ａ、５０６ａ、または正確な差分信号、たとえば、図５の５０８ａを生成しない。

【0074】

差分信号７０６は、２つの信号７０２、７０４の差分を表す。磁気抵抗素子の２つのペアＡ、ＣおよびＢ、Ｄが同じ信号を生成した場合、差分信号７０６はＡＣ含量をもたないはずであることを理解されたい。しかしながら、差分信号７０６はＡＣ含量を有する。

【0075】

差分信号７０６は、図５の差分信号５０８ａ、または図６の入力信号もしくは差分信号６０４と同じかまたは同様であり得る。
差分信号７０６は浮遊ＡＣ磁場７１２に反応してＡＣ含量を有するので、図５のピークまたはしきい値検出器５１０ならびに図６のピークおよびしきい値検出器６００は、しきい値信号７０８、ここでは、差分信号７０６のピーク間範囲の５０パーセント値にある１つのしきい値信号を生成する。しきい値信号７０８は図６のしきい値信号６３６に匹敵し、それは、差分信号７０６のピーク間値の５０パーセントに近い２つのしきい値の間を切り替えることができるが、ここでは、約５０パーセントにある１つのしきい値信号７０８として示されている。

【0076】

図５の出力禁止信号５１４ａの恩恵を受けずに、切替え信号７１０（擬似切替え信号）は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が回転していないときでも、図５の比較信号５１０ａおよび図６のスレッシュアウト信号６４０として生成される。しかしながら、上記の説明から理解されるように、比較信号５１０ａおよび図６のスレッシュアウト信号６４０の遷移は、リング磁石が回転するときの通常動作中に発生し、遷移率は、フォーマットモジュール５１２によって動作するときの磁場センサ５００に最も近いリング磁石の回転速度を示す。したがって、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が停止したときの切替え信号７１０（図５の比較信号５１０ａ）の遷移および／または図５のフォーマットモジュール５１２の動作は、かなり望ましくない。上述された回路はこの望ましくない挙動を軽減することができる。

【0077】

下記に記載される図８および図９は、中心素子Ｅ（図２）を垂直ホール素子として記載する。下記に記載される図１０および図１１は、中心素子Ｆ（図３）を平面ホール素子として記載する。垂直ホール素子も平面ホール素子も、回転しているかまたは停止したリング磁石に反応して飽和しないことが下記に記載される。しかしながら、垂直ホール素子Ｅもしくは平面ホール素子Ｆ、または異なるタイプの中心素子、たとえば、ＡＭＲ素子は、垂直ホール素子、平面ホール素子、または異なるタイプの中心素子が、図２および図３の周囲の磁気抵抗素子Ａ、Ｃ、Ｂ、Ｄよりも実質的に高い（たとえば、１５０パーセントまたは２００パーセントの）磁場で飽和する限り、磁石に反応して、かつ／または浮遊磁場に反応して飽和することができることを諒解されたい。

【0078】

次に図８を参照すると、信号８０２は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジのブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つのペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２０４、２０６、ＡおよびＣによって生成された出力信号を表す。信号８０２から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６は、約－６０ガウスの磁場によってほとんど飽和し、比較的小さいＡＣ信号のみが信号８０２内で見られることを認識されたい。停止したリング磁石の他の位置の場合、信号８０２は少ないＡＣ含量しかもたないか、またはＡＣ含量を全くもたない場合がある。

【0079】

信号８０４は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の別のペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２１０、２１２、ＢおよびＤによって生成された出力信号を表す。信号８０４から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２は、約０ガウスの磁場によって飽和せず、より大きいＡＣ信号が見られることを認識されたい。

【0080】

浮遊磁場８１２、すなわち、（図示されていないＤＣ浮遊磁場でもあり得るが）ＡＣ浮遊磁場であり得る磁場は、磁気抵抗素子の２つのペア２０４、２０６および２１０、２１２が遭遇する。磁気抵抗素子のペアのうちの１つ、たとえば、２１０、２１２のみが浮遊磁場８１２に対する完全反応８０４を示す。したがって、浮遊磁場８１２は、磁場検知素子のペア、たとえば、２１０、２１２が遭遇した信号８０４と同じである。

【0081】

差分信号８０６は、２つの信号８０２、８０４の差分を表す。磁気抵抗素子の２つのペアＡ、ＣおよびＢ、Ｄが同じ信号を生成した場合、差分信号８０６はＡＣ含量をもたないはずであることを理解されたい。しかしながら、差分信号８０６はＡＣ含量を有する。

【0082】

差分信号８０６は、図５の差分信号５０８ａ、または図６の入力信号もしくは差分信号６０４と同じかまたは同様であり得る。
差分信号８０６は浮遊ＡＣ磁場８１２に反応してＡＣ含量を有するので、図５のピークまたはしきい値検出器５１０ならびに図６のピークおよびしきい値検出器６００は、たとえば、差分信号８０６のピーク間値の９０パーセントおよび１０パーセントにおいて２つのしきい値信号８０８ａ、８０８ｂを生成する。しきい値信号８０８ａ、８０８ｂは、図６のしきい値信号６３９に匹敵することができ、それは、たとえば、差分信号８０６のピーク間値の１０パーセントおよび００パーセントにおいて２つのピーク参照しきい値の間を切り替える。

【0083】

垂直ホール信号８１４、ＤＣ信号は、図２および図５の垂直ホール素子Ｅによって生成される。垂直ホール素子Ｅは、浮遊磁場８１２に反応して飽和しない。垂直ホール素子は、常にウィンドウしきい値の外側、たとえば、＋／－５０ガウス（図５のウィンドウ比較器５１４を参照）の外側にある磁場を表す信号を生成していると見られる。したがって、図５の出力禁止信号５１４ａと同じかまたは同様であり得る、出力禁止信号（すなわち、フラグ）８１６は、ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２が、磁場センサ５００に最も近いリング磁石のこの停止状態のための出力禁止信号８１６の動作によって禁止されるようにする状態、たとえば、高い状態を実現することができる。ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０が禁止された場合、ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０によって生成されたはずの切替え信号８１０は切り替わらず、その場合、信号８１０は説明目的のみで図示される。

【0084】

図５のピークまたはしきい値検出器モジュール５１０を禁止しないが、代わりにフォーマットモジュール５１２のみを禁止するいくつかの実施形態では、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が回転していないときでも、切替え信号８１０は、図５の比較信号５１０ａとして、かつ図６のピークアウト信号６４４として依然生成され得る。上記の説明から理解されるように、切替え信号８１０、たとえば、比較信号５１０ａおよびピークアウト信号６４４の遷移は通常動作中に発生し、遷移率は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石の回転速度を示す。上述されたように、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が停止したとき、切替え信号８１０（図５の５１０ａ、図６の６４４）を禁止すること、および／または図５のフォーマットモジュール５１２を禁止することのいずれかが望ましい。したがって、いくつかの実施形態では、切替え信号８１０は出力禁止信号８１６の動作によって禁止され、フォーマットモジュール５１２が禁止される他の実施形態では、切替え信号８１０は禁止されなくてもよいが、代わりに、フォーマットモジュール５１２は切替え信号８１０を伝搬しない。

【0085】

次に図９を参照すると、信号９０２は、回転しているリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つのペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２０４、２０６、ＡおよびＣによって生成された出力信号を表す。信号９０２から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６が、時々約＋／－７５ガウスの磁場によって飽和し、あるときは、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６、すなわち信号９０２が飽和しないことを認識されたい。

【0086】

信号９０４は、回転しているリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つの他のペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２１０、２１２、ＢおよびＤによって生成された出力信号を表す。信号９０４から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２が、時々約＋／－７５ガウスの磁場によって飽和し、あるときは、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２、すなわち信号９０４が飽和しないことを認識されたい。

【0087】

磁気抵抗素子のペアの位置において回転しているリング磁石から生じるＡＣ磁場が浮遊磁場よりもかなり高いと想定して、浮遊磁場は図示されていない。
差分信号９０６は、２つの信号９０２、９０４の差分を表す。磁気抵抗素子の２つのペアＡ、ＣおよびＢ、Ｄが同じ信号を生成した場合、差分信号９０６はＡＣ含量をもたないはずであることを理解されたい。しかしながら、差分信号９０６はＡＣ含量を有する。

【0088】

差分信号９０６は、図５の差分信号５０８ａ、または図６の入力信号もしくは差分信号６０４と同じかまたは同様であり得る。
差分信号９０６は回転しているリング磁石に反応してＡＣ含量を有するので、図５のピークまたはしきい値検出器５１０ならびに図６のピークおよびしきい値検出器６００は、たとえば、差分信号９０６のピーク間値の９０パーセントおよび１０パーセントにおいて２つのしきい値信号（図示せず）を生成する。しきい値信号は、図６のしきい値信号６３９に匹敵することができ、それは、たとえば、差分信号９０６のピーク間値の１０パーセントおよび９０パーセントにおいて２つのピーク参照しきい値の間を切り替える。

【0089】

垂直ホール信号９１４、ＡＣ信号は、リング磁石が回転するときに図２および図５の垂直ホール素子Ｅによって生成される。垂直ホール素子Ｅは、リング磁石が回転するときに磁場に反応して飽和しない場合がある。しかしながら、他の実施形態では、垂直ホール素子Ｆは、リング磁石に応答して、かつ／または浮遊磁場に反応して、しかし、磁気抵抗素子によって生成された信号９０２、９０４のうちのいずれか１つを飽和させる磁場よりも高い磁場において飽和することができる。垂直ホール素子Ｅは、時々ウィンドウしきい値以内、たとえば、＋／－５０ガウス（図５のウィンドウ比較器５１４を参照）以内、かつ時々しきい値ウィンドウの外側の磁場を表す垂直ホール信号９１４を生成することができる。したがって、図５の出力禁止信号５１４ａと同じかまたは同様であり得る出力禁止信号（すなわち、フラグ）９１６は、交互の状態、たとえば、高い状態および低い状態を実現することができ、（垂直ホール信号９１４がウィンドウの外側にあるときの）高い状態は、リング磁石が回転するときにピークもしくはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２が出力禁止信号９１６（図５の５１４ａ）の動作によって禁止されるようにすることができ、（平面ホール素子９１４がウィンドウの内側にあるときの）出力禁止信号９１６の低い状態の間、ピークもしくはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２は、正常に動作して切替え信号９１０を生成することができる。

【0090】

差分信号９０６の１０パーセントおよび９０パーセントのしきい値を想定して、切替え信号９１０は、リング磁石が回転する間、図５の比較信号５１０ａとして、かつ（スレッシュアウト信号６４０と対になる）図６のピークアウト信号６４４として生成され得る。切替え信号は、出力禁止信号９１６が低い状態にある間に切り替えることができることに留意されたい。出力禁止信号９１６は、信号９０２、９０４の両方が飽和状態から出ている間、すなわち、浮遊磁場からの影響が低減された差動信号として差分信号が正確に生成されているとき、低い状態にあることにも留意されたい。

【0091】

上記の説明から理解されるように、切替え信号９１０、たとえば、比較信号５１０ａおよびピークアウト信号６４４の遷移は通常動作中に発生し、遷移率は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石の回転速度を示す。

【0092】

図８および図９の実施形態と同様の他の実施形態では、たとえば、それぞれ、差分信号８０６、９０６のピーク間値の１０パーセントおよび９０パーセントにおけるピーク参照しきい値の代わりに、他のしきい値、たとえば、４０パーセントおよび６０パーセントまたは５０パーセントのみが使用され得る。

【0093】

次に図１０を参照すると、信号１００２は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジのブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つのペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２０４、２０６、ＡおよびＣによって生成された出力信号を表す。信号１００２から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６は、約＋７５ガウスの磁場によって飽和し、ＤＣ成分のみが信号１００２内で見られることを認識されたい。

【0094】

信号１００４は、特定の回転角度で停止したリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の別のペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２１０、２１２、ＢおよびＤによって生成された出力信号を表す。信号１００４から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２は、約０ガウスの磁場によって飽和せず、ＡＣ成分が見られることを認識されたい。

【0095】

浮遊磁場１０１２、すなわち、（図示されていないＤＣ浮遊磁場でもあり得るが）ＡＣ浮遊磁場であり得る磁場は、磁気抵抗素子の２つのペア２０４、２０６および２１０、２１２が遭遇する。磁気抵抗素子のペアのうちの１つ、たとえば、２１０、２１２のみが浮遊磁場１０１２に対する完全反応１００４を示す。したがって、浮遊磁場１０１２は、磁場検知素子のペア、たとえば、２１０、２１２が遭遇した信号１００４と同じである。

【0096】

差分信号１００６は、２つの信号１００２、１００４の差分を表す。磁気抵抗素子の２つのペアＡ、ＣおよびＢ、Ｄが同じ信号を生成した場合、差分信号１００６はＡＣ含量をもたないはずであることを理解されたい。しかしながら、差分信号１００６はＡＣ含量を有する。

【0097】

差分信号１００６は、図５の差分信号５０８ａ、または図６の入力信号もしくは差分信号６０４と同じかまたは同様であり得る。
差分信号１００６は浮遊ＡＣ磁場１０１２に反応してＡＣ含量を有するので、図５のピークまたはしきい値検出器５１０ならびに図６のピークおよびしきい値検出器６００は、たとえば、差分信号１００６のピーク間値の５０パーセントにおいて１つまたは複数のしきい値１００８を生成する。しきい値信号１００８は、図６のしきい値信号６３６に匹敵することができ、それは、ゼロに近い２つのしきい値、たとえば、差分信号１００６のピーク間値の約５０パーセントにおける両方のしきい値の間を切り替える。

【0098】

平面ホール信号１０１４、ＤＣ信号は、図３の平面ホール素子Ｆによって生成される。平面ホール素子Ｆは、浮遊磁場１０１２に反応して飽和しない。平面ホール素子Ｆは、常にウィンドウしきい値の外側、たとえば、＋／－５０ガウス（図５のウィンドウ比較器５１４を参照）の外側にある磁場を表す信号を生成していると見られる。したがって、図５の出力禁止信号５１４ａと同じかまたは同様であり得る、出力禁止信号（すなわち、フラグ）１０１６は、ピークもしくはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２が、磁場センサ５００に最も近いリング磁石のこの停止状態のための出力禁止信号１０１６の動作によって禁止されるようにする状態、たとえば、高い状態を実現することができる。ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０が禁止された場合、ピークまたはしきい値検出器モジュール５１０によって生成されたはずの切替え信号１０１０は切り替わらず、その場合、信号１０１０は説明目的のみで図示される。

【0099】

図５のピークまたはしきい値検出器モジュール５１０を禁止しないが、代わりにフォーマットモジュール５１２のみを禁止するいくつかの実施形態では、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が回転していないときでも、切替え信号１０１０は、図５の比較信号５１０ａとして、かつ図６のピークアウト信号６４４として依然生成され得る。上記の説明から理解されるように、切替え信号１０１０、たとえば、比較信号５１０ａおよびピークアウト信号６４４の遷移は通常動作中に発生し、遷移率は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石の回転速度を示す。上述されたように、磁場センサ５００に最も近いリング磁石が停止したとき、切替え信号１０１０（図５の５１０ａ）を禁止すること、および／または図５のフォーマットモジュール５１２を禁止することのいずれかが望ましい。したがって、いくつかの実施形態では、切替え信号１０１０は出力禁止信号１０１６の動作によって禁止され、フォーマットモジュール５１２が禁止される他の実施形態では、切替え信号１０１０は禁止されなくてもよいが、代わりに、フォーマットモジュール５１２は切替え信号１０１０を伝搬しない。

【0100】

次に図１１を参照すると、信号１１０２は、回転しているリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つのペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２０４、２０６、ＡおよびＣによって生成された出力信号を表す。信号１１０２から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６、すなわち、信号１１０２が、時々約＋／－７５ガウスの磁場によって飽和し、あるときは、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２０４、２０６、すなわち信号１１０２が飽和しないことを認識されたい。

【0101】

信号１１０４は、回転しているリング磁石に最も近いときのホイートストンブリッジ配置内の磁気抵抗素子の１つの他のペア、たとえば、図２および図５の磁気抵抗素子２１０、２１２、ＢおよびＤによって生成された出力信号を表す。信号１１０４から、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２、すなわち、信号１１０４が、時々約＋／－７５ガウスの磁場によって飽和し（飽和は約＋／－５０ガウスを超えると始まる）、あるときは、磁気抵抗素子のペア、たとえば、２１０、２１２、すなわち信号１１０４が飽和しないことを認識されたい。

【0102】

磁気抵抗素子のペアの位置において回転しているリング磁石から生じるＡＣ磁場が浮遊磁場よりもかなり高いと想定して、浮遊磁場は図示されていない。
差分信号１１０６は、２つの信号１１０２、１１０４の差分を表す。磁気抵抗素子の２つのペアＡ、ＣおよびＢ、Ｄが同じ信号を生成した場合、差分信号１１０６はＡＣ含量をもたないはずであることを理解されたい。しかしながら、差分信号１１０６はＡＣ含量を有する。

【0103】

差分信号１１０６は、図５の差分信号５０８ａ、または図６の入力信号もしくは差分信号６０４と同じかまたは同様であり得る。
差分信号１１０６は回転しているリング磁石に反応してＡＣ含量を有するので、図５のピークまたはしきい値検出器５１０ならびに図６のピークおよびしきい値検出器６００は、たとえば、差分信号１１０６のピーク間値の５０パーセントにおいて少なくとも１つのしきい値信号（図示せず）を生成する。しきい値信号は、図６のしきい値信号６３６に匹敵することができ、それは、たとえば、差分信号１１０６のピーク間値の４０パーセントおよび６０パーセントにおいて２つのピーク参照しきい値の間を切り替えるが、ここでは５０パーセントにある１つのしきい値として示される。

【0104】

平面ホール信号１１１４、ＡＣ信号は、リング磁石が回転するときに図３の平面ホール素子Ｆによって生成される。平面ホール素子Ｆは、最も近い回転しているリング磁石に反応して飽和しない場合がある。しかしながら、他の実施形態では、平面ホール素子Ｆは、リング磁石に応答して、かつ／または浮遊磁場に反応して、しかし、磁気抵抗素子によって生成された信号１１０２、１１０４のうちのいずれか１つを飽和する磁場よりも高い磁場において飽和することができる。平面ホール素子Ｆは、時々しきい値ウィンドウ以内、たとえば、＋／－５０ガウス（図５のウィンドウ比較器５１４を参照）以内、かつ時々しきい値ウィンドウの外側の磁場を表す信号１１１４を生成することができる。したがって、図５の出力禁止信号５１４ａと同じかまたは同様であり得る出力禁止信号（すなわち、フラグ）１１１６は、交互の状態、たとえば、高い状態および低い状態を実現することができ、（平面ホール信号１１１４がウィンドウの外側にあるときの）高い状態は、リング磁石が回転するときにピークもしくはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２が出力禁止信号１１１６（図５の５１４ａ）の動作によって禁止されるようにすることができ、（平面ホール素子１１１４がウィンドウの内側にあるときの）出力禁止信号１１１６の低い状態の間、ピークもしくはしきい値検出器モジュール５１０および／またはフォーマットモジュール５１２は、正常に動作することができる。

【0105】

差分信号１１０６のピーク間値の５０パーセントにある上述されたしきい値を想定して、切替え信号１１１０は、リング磁石が回転する間、図５の比較信号５１０ａとして、かつ図６の（ピークアウト信号６４４と反対になる）スレッシュアウト信号６４０として生成され得る。切替え信号１１１０は、出力禁止信号１１１６が低い状態にある間に切り替えることができることに留意されたい。出力禁止信号１１１６は、信号１１０２、１１０４の両方が飽和状態から出ている間、すなわち、浮遊磁場による影響が低減された差動信号として差分信号１１０４が正確に生成されているとき、低い状態にあることにも留意されたい。

【0106】

上記の説明から理解されるように、切替え信号１１１０、たとえば、比較信号５１０ａおよびスレッシュアウト信号６４０の遷移は通常動作中に発生し、遷移率は、磁場センサ５００に最も近いリング磁石の回転速度を示す。

【0107】

図１０および図１１の実施形態と同様の他の実施形態では、たとえば、それぞれ、差分信号８０６、１１０６のピーク間値の４０パーセントおよび６０パーセント（またはちょうど５０パーセント）におけるゼロ参照しきい値の代わりに、他のしきい値、たとえば、１０パーセントおよび９０パーセントが使用され得る。

【0108】

上記の図、たとえば、図５と連携して、１つの差分信号、たとえば、差分信号５０８ａが生成されることが記載される。しかしながら、下記に記載される他の実施形態では、２つの別々の回路チャネル内の２つの差分信号は、図２および図３の同じ４つの磁気抵抗素子２０４、２０６、２１０、２１２を使用して生成され得る。

【0109】

次に図１２を参照すると、その中で、図２、図３、および図４の同様の要素が同様の参照名称をもって示され、２つの磁気抵抗素子４０４、４０８、ＡおよびＣは、第１の差動信号１２０８、１２１０、Ｖ１およびＶ２を生成するために、ホイートストンブリッジ配置内で２つの固定抵抗器１２０４、１２０６と結合され得る。同様に、２つの磁気抵抗素子４１０、４０６、ＤおよびＢは、第２の差動信号１２１８、１２２０、Ｖ３およびＶ４を生成するために、別のホイートストンブリッジ配置内で２つの固定抵抗器１２１４、１２１６と結合され得る。

【0110】

他の実施形態では、２つのハーフブリッジまたは２つの単体磁気抵抗素子が、２つのフルブリッジの代わりに使用され得る。
２つのホイートストンブリッジ配置は、各々、図５の差分回路５０８と同じかまたは同様の差分回路に結合され得、２つの別々の回路チャネルは、各々、図５の他の構成部品を有することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、フォーマットモジュール５０２のようなただ１つのフォーマットモジュールが存在するが、それは２つのピークまたはしきい値検出器モジュールから信号を受信する。

【0111】

２つの回路チャネルを使用する利点は、結果として得られた磁場センサが、リング磁石の回転速度だけでなく、リング磁石の回転方向も表す出力信号を生成することができることである。磁気抵抗素子Ａ、Ｃおよび磁気抵抗素子Ｂ、Ｄは物理的に分離され、リング磁石が回転するときに磁場の異なる位相に遭遇するので、方向情報は、２つの差分信号の相対位相の符号（プラスまたはマイナス）に基づいて決定され得る。

【0112】

本明細書で引用されたすべての参考文献は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本特許の主題である様々な概念、構造、および技法を示すように働く好ましい実施形態を記載して、これらの概念、構造、および技法を組み込む他の実施形態が使用されてもよいことが今や明らかになる。したがって、本特許の範囲は、記載された実施形態に限定されるべきではなく、むしろ以下の特許請求の範囲の趣旨および範囲によってのみ限定されるべきであることが提起される。

【0113】

本明細書に記載された実施形態の要素は、上記で具体的に明記されていない他の実施形態を形成するために組み合わされてもよい。単一の実施形態の文脈において記載された様々な要素はまた、個別に、または任意の適切な部分的組合せで提供されてもよい。本明細書に具体的に記載されていない他の実施形態もまた、以下の特許請求の範囲内にある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】