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特表2023-516151温度を補償する磁気トンネル接合をベースとする、外部磁場を計測する検知回路
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-18
(54)【発明の名称】温度を補償する磁気トンネル接合をベースとする、外部磁場を計測する検知回路
(51)【国際特許分類】
G01R 33/09 20060101AFI20230411BHJP
G01R 33/02 20060101ALI20230411BHJP
G01R 35/00 20060101ALI20230411BHJP
【ＦＩ】
G01R33/09
G01R33/02 X
G01R35/00 M
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022551010
(86)(22)【出願日】2021-02-22
(85)【翻訳文提出日】2022-08-24
(86)【国際出願番号】 IB2021051475
(87)【国際公開番号】W WO2021176296
(87)【国際公開日】2021-09-10
(31)【優先権主張番号】62/983,809
(32)【優先日】2020-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】509096201
【氏名又は名称】クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム
(74)【代理人】
【識別番号】100069556
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 光史
(74)【代理人】
【識別番号】100111486
【弁理士】
【氏名又は名称】鍛冶澤 實
(74)【代理人】
【識別番号】100191835
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 真介
(74)【代理人】
【識別番号】100221981
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 大成
(74)【代理人】
【識別番号】100208258
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 友子
(72)【発明者】
【氏名】モハン・アヌラーグ
(72)【発明者】
【氏名】ズッカー・ロバート
【テーマコード（参考）】
2G017
【Ｆターム（参考）】
2G017AA01
2G017AB05
2G017AC04
2G017AD51
2G017BA09
(57)【要約】
【課題】磁気検知における、温度による出力変動を補償する。
【解決手段】本発明は外部磁場を計測する磁気トンネル結合（ＭＴＪ）検知回路であって、ブリッジ構成で接続された複数のＭＴＪセンサ素子を備え、このＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力し、バイアス電圧及びＭＴＪ検知回路のゲイン感度を乗じて外部磁場に比例した出力電圧を生成する入力部を備え、ここで、ゲイン感度及び出力電圧は温度によって変化する。ＭＴＪ検知回路は、出力電圧が温度の関数として実質的に一定となるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備える。また、出力電圧を温度に対して補償する方法も開示される。
【解決手段】本発明は外部磁場を計測する磁気トンネル結合（ＭＴＪ）検知回路であって、ブリッジ構成で接続された複数のＭＴＪセンサ素子を備え、このＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力し、バイアス電圧及びＭＴＪ検知回路のゲイン感度を乗じて外部磁場に比例した出力電圧を生成する入力部を備え、ここで、ゲイン感度及び出力電圧は温度によって変化する。ＭＴＪ検知回路は、出力電圧が温度の関数として実質的に一定となるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備える。また、出力電圧を温度に対して補償する方法も開示される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部磁場を計測するＭＴＪ検知回路であって、前記ＭＴＪ検知回路は、ブリッジ構成内で接続されている複数のＭＴＪセンサ素子を備え、
前記ＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力して、そしてバイアス電圧とＭＴＪ検知回路のゲイン感度を乗じて、外部磁場に比例する出力電圧を生成する入力部を持ち、ここにおいてゲイン感度と出力電圧は温度によって変化するものであり、
前記ＭＴＪ検知回路が、出力電圧が温度の関数として実質的に一定になるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備える、
前記ＭＴＪ検知回路。
【請求項2】
前記温度補償回路は、前記温度範囲にわたる線形温度関数の勾配を用いて前記変調バイアス電圧を提供するように構成されていて、温度の前記勾配は、温度による前記ゲイン感度の変動に相補的である、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項3】
前記温度補償回路は、前記温度範囲にわたって前記ゲイン感度を計測するように構成された温度センサ回路を備える、請求項２に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項4】
前記温度補償回路は、調整可能な温度非依存電流と温度依存の絶対温度比例（ＰＴＡＴ）電流を組み合わせるように構成されている、請求項２に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項5】
前記温度補償回路は、前記温度非依存電流及びＰＴＡＴ電流が入力されるオペアンプを備え、前記オペアンプは、前記温度非依存電流及びＰＴＡＴ電流を、前記変調バイアス電圧を生成する電圧に変換する、請求項４に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項6】
前記温度補償回路は、第１勾配と、第１勾配と異なる第２勾配とを持つ線形温度関数を用いて前記変調バイアス電圧を与えるように構成されていて、第１勾配から第２勾配への変化は、所定の遷移温度で行われる、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項7】
前記温度補償回路は、温度依存電圧を提供するような抵抗器に流れるＰＴＡＴ電流を備え、ここにおいて前記温度依存電圧は、比較器に入力されて、前記遷移温度で前記第１勾配から前記第２勾配に変化される、請求項６に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項8】
前記遷移温度は約２５℃である、請求項６に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項9】
前記温度補償回路は、複数の基準電圧を生成するように構成されていて、各基準電圧は、温度範囲の温度サブ範囲に対応し、各基準電圧は、デジタルルックアップテーブルに従って各温度サブ範囲に対して決められ、そしてバイアス電圧を提供する、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項10】
各温度サブ範囲の温度スパンは約１０℃である、請求項９に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項11】
前記温度範囲は－４０℃から１２５℃まで及ぶ、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項12】
ＭＴＪ検知回路の出力電圧を補償する方法であって、前記ＭＴＪ検知回路は、ブリッジ構成内で接続されている複数のＭＴＪセンサ素子を備え、
前記ＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力して、そして前記バイアス電圧とＭＴＪ検知回路のゲイン感度とを乗じて外部磁場に比例した出力電圧を生成する入力部を備え、ここにおいて前記ゲイン感度と前記出力電圧は温度によって変化し、
前記ＭＴＪ検知回路は、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備え、
前記方法が、
前記ＭＴＪ検知回路の温度を計測するステップと、
変調されたバイアス電圧にゲイン感度を乗じた値が一定になるようにバイアス電圧を温度で変調するように、温度補償回路を使うステップと
を備える、前記方法。
【請求項13】
計測温度に比例する補正温度信号を提供するステップと、温度関数と組み合わせて補正温度信号を使用して前記バイアス電圧を変調するステップと
を備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記温度関数は、１つの勾配を持つ、ある温度範囲にわたる線形温度関数を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記温度関数は、第１勾配と、第１勾配と異なる第２勾配とを持つ、ある温度範囲にわたる線形温度関数を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項16】
前記温度補償回路は、複数の基準電圧を生成するように構成されていて、各基準電圧は、温度範囲の温度サブ範囲に対応し、前記方法が、バイアス電圧を温度で調整するステップが、デジタルルックアップテーブルに従って各温度サブ範囲の電圧基準を決めるステップと、バイアス電圧を提供するステップとを備える、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、一般に、磁気トンネル接合部を採用した磁気センサに関する。より詳細には、本発明は、磁気センサの温度に基づく磁気センサ出力補償に向けたものである。
【背景技術】
【0002】
図１は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）検知素子１０の概略断面図を示す。ＭＴＪという用語は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）検知素子を指すために使用される。ＭＴＪ検知素子１０は、センス磁化２１０を有するセンス強磁性層２１と、ピン止め磁化２３０を備えるピン止め強磁性層２３との間に挟まれたトンネル障壁層２２とを備える。センス磁化２１０は、ピン止め磁化２３０の向きが変わらない一方で、外部磁場４２内で向きが変わり得るように構成されている。このような構成において、外部磁場Ｈを用いて、センス磁化２１０を、ピン止め磁化２３０に平行な向き（同じ向きで平行）から、ピン止め磁化２３０に反平行な向き（向きは反対で平行）に、又はその逆に切り替え可能である。
【0003】
図２は、抵抗Ｒ対外部磁場Ｈの応答曲線を示す。磁気抵抗応答曲線は、センス磁化２１０とピン止め磁化２３０の方向との間の角度の関数としての抵抗変化を示す。センス磁化２１０がピン止め磁化２３０と平行であると、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル１０の抵抗が低くなる（論理状態「０」）。センス磁化２１０がピン止め磁化２３０と反平行（向きが逆で平行）であるとき、ＭＲＡＭセル１０の抵抗は高い（論理状態「１」）。センス磁化２１０及びピン止め磁化２３０が垂直な角度にあるとき、抵抗は高抵抗と低抵抗の中間の値となる。この値を中心に、ＭＴＪ検知素子１０は線形応答を有する。応答曲線の線形部分ＬＰの傾きは、ＭＴＪ検知素子１０の感度に比例する。
【0004】
ホール効果素子及び巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）検知素子と比較して、ＭＴＪセンサ素子は、より優れた温度安定性、高感度、低消費電力、より良い線形性を持ち、追加のフラックスコンセントレータ（磁束の収束）構造を必要としない。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子と比較して、ＭＴＪセンサ素子はより広い線形範囲を持ち、セットコイルやリセットコイルを必要としない。
【0005】
ＭＴＪ検知素子１０の応答信号を変更する回路の適用では、その出力電圧を増幅しやすいように、抵抗ブリッジがしばしば採用される。これにより、コモンモード信号（同じ方向に流れる信号）の低減、ノイズキャンセレーション、温度ドリフトの低減、その他の探触子の欠陥の最小化も可能になる。ＭＴＪ検知素子１０は、ホイートストンブリッジ又は他の任意のタイプの回路ブリッジを形成するために、並列と直列との少なくとも一方で接続してよい。
【0006】
図３は、ハーフブリッジＭＴＪ検知回路１００を示す。２つのＭＴＪ検知素子１０の１つは、他方のＭＴＪ検知素子１０のピン止め磁化２３と直交して回転されるそのピン止め磁化２３０を備えてよい。ＭＴＪ検知回路１００の検知軸２５０は、上部ＭＴＪ検知素子１０のピン止め磁化２３０の方向と一致する。
【0007】
ＭＴＪ検知回路１００は、図４に示すような、直列に接続された２つのＭＴＪ検知素子１０と直列に接続された２つのＭＴＪ検知素子１０とからなるフル（ホイートストン）ブリッジ回路構成として配置してもよい。
【0008】
ＭＴＪ検知回路１００は、３つの外部接点パッド、すなわちバイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力される入力部１０１と、出力電圧Ｖｏｕｔとグランドとを持つ出力１０２を持つ。外部磁場Ｈの所与の値に対して、正の感知軸２５０に沿って、抵抗は、１つ（又は２つ）のＭＴＪ感知素子１０について増加し、（２つの）他方について減少する。外部磁場Ｈが反対方向（負の検知軸２５０に沿って）に印加されると、抵抗は１つ（又は２つ）に対して減少し、（２つの）他方については増加する。
【0009】
ＭＴＪ検知回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、多くの一般的な方法を用いて計測できる。例えば、Ｖｏｕｔとグランドの間に電圧計が接続され、Ｖｏｕｔとグランドの電位差が出力電圧となる。
【0010】
磁気センサの感度は、ｍＶ／ｍＴ／Ｖｂｉａｓの比で表される。これは、外部磁場Ｈの変化に対するＭＴＪ検知回路１００からの出力電圧Ｖｏｕｔの変化を定義する。ＭＴＪ検知素子１０、及びＭＴＪ検知回路１００の感度は、レシオメトリックであり、バイアス電圧Ｖｂｉａｓに正比例する。ＭＴＪ検知回路１００からの出力電圧Ｖは、次のように表せる。
ここで、Ｇはゲイン（ｍＶ／ｍＴ／Ｖｂｉａｓ単位）である。
【数1】
【0011】
ＭＴＪ検知回路１００を広い温度範囲にわたって動作させると、温度に誘起される感度の変動を招き、それによってＭＴＪ検知回路の精度が妨げられる。ＭＴＪ検知回路１００の動作温度は、－４０℃から＋１５５℃と大きく異なることがある。温度の変化もＭＴＪ検知回路１００の感度を変化させる。感度の変動は、線形勾配の温度、又は高次曲線の温度に比例することがある。感度の温度係数は５００ｐｐｍ／Ｃ（ｐｐｍ／℃）まで高くできる。
【0012】
【0013】
広い温度範囲でセンサを動作させると、温度に誘起される感度の変動が生じ、センサの精度が低下する。場合によっては、出力ドリフトが５％変動することがある。ゆえに、磁気センサの出力の温度補償が必要である。
【発明の概要】
【0014】
本開示は、外部磁場を計測するＭＴＪ検知回路であって、ブリッジ構成で接続された複数のＭＴＪセンサ素子を備える。ＭＴＪ検知回路は、前記ＭＴＪ検知回路のバイアス電圧を入力し、バイアス電圧とＭＪＴ検知回路のゲイン感度を乗じることで外部磁場に比例した出力電圧を生成する入力部を備え、ここではゲイン感度と出力電圧は温度によって変化する。このＭＴＪ検知回路は、出力電圧が温度の関数として実質的に一定となるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備える。
【0015】
本開示はさらに、温度変化に対して出力電圧を補償する方法に関する。
【0016】
本発明は、例として与えられ、図によって例示される実施形態の説明の助けを借りてよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
線形傾き、又は高次曲線を持つ、温度に比例する温度変化の可能性がある。
【0019】
ゲイン感度Ｇ（ｔ）は、温度Ｔの関数として次のように変化する。
ここで、ｆ（Ｔ）は一次温度関数又は高次温度関数である。
【数2】
【0020】
一実施形態では、ＭＴＪ検知回路１００を用いて温度補償された外部磁場Ｈを計測する方法は、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓにゲイン感度Ｇ（Ｔ）を乗じた値が一定となるように、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度Ｔで変調するステップを備える。
【数3】
【0021】
この方法は、ＭＴＪ検知回路１００の入力部１０１に変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供して、出力１０２に設けられた出力電圧Ｖｏｕｔを計測するステップをさらに備える。
【0022】
変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供することで、ＭＴＪ検知回路１００は、外部磁場Ｈによって変化するが温度Ｔの変化時にはほぼ一定の出力電圧Ｖｏｕｔを出力できる。
【0023】
この方法は、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔを計測し、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔに比例する補正温度信号３０（図１０参照）を提供するステップをさらに備える。
【0024】
この方法は、補正温度信号を用いてバイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成して、生成したバイアス電圧Ｖｂｉａｓを変調し、変調されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップをさらに備える。変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）は、線形勾配や高次曲線のような温度関数ｆ（Ｔ）と組み合わせて補正温度信号を使用することによって提供される。
【0025】
図６は、方法ステップ、特に、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔを計測するステップ（Ｍ１）と、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成するステップ（Ｍ２）と、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップ（Ｍ３）と、ＭＴＪ検知回路１００の入力部１０１に変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を入力するステップ（Ｍ４）と、を模式的に表す。
【0026】
アナログ回路を使用して温度による変動を補償するべく、ＭＴＪ検知回路１００の温度を計測し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成するステップと、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップを実行できる。
【0027】
図７は、本明細書に開示された方法に従って温度変化について補正されている、ＭＴＪ検知回路１００におけるゲイン感度Ｇ（ｔ）を報告する。補正されたゲイン感度Ｇ（ｔ）は、温度変化から実質的に独立している（感度Ｇ（Ｔ）の損失を補償している）。
【0028】
図８は、一実施形態によるＭＴＪ検知回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔを温度変化に対して補償する補正回路を示す。補正回路３００は、温度Ｔに比例する電圧基準Ｖ本明細書に開示された方法に従って温度変化について補正されているを生成させるように構成された温度センサ回路３０１（基準生成部）を備える。補正回路３００は、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）をＭＴＪ検知回路１００に提供するように構成されたバイアス電圧制御回路３０２（ＭＴＪ検知回路レギュレータ）をさらに備える。また、補正回路３００は、出力電圧Ｖｏｕｔが入力されるアナログフロントエンド増幅器３０３も備える。補正回路３００は、ＣＭＯＳオンチップデバイスとして設計してよい。
【0029】
一般に、ＭＴＪ検知回路１００は、温度Ｔが上昇するにつれて単調に減少する関数を受ける感度Ｇ（Ｔ）を有する。より具体的には、感度Ｇ（Ｔ）は２５℃未満の温度でより強く変化し、２５℃を超える温度でより小さく変化する。したがって、感度Ｇ（Ｔ）の温度関数ｆ（Ｔ）は温度と線形ではない。
【0030】
一実施形態では、一定の（非変調の）バイアス電圧ＶｂｉａｓがＭＴＪ検知回路１００に入力される。次に、ＭＴＪ検知回路１００の感度Ｇ（Ｔ）は、一定間隔で温度Ｔの範囲にわたって計測される。感度Ｇ（Ｔ）はｍＶ／Ｖ／ｍＴ、すなわち、与えられた磁場のｍＴに対するバイアス電圧Ｖｂｉａｓに対する出力ＶｏｕｔのｍＶに対応する。次に、計測された感度Ｇ（Ｔ）を表にして２５℃に正規化し、区間ごとに正規化係数を求める。正規化された係数はそれから反転され、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの規模を決めるのに使用される。その結果、温度Ｔに対して平坦な感度Ｇ（Ｔ）が得られる。
【0031】
別の実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧Ｖｏｕｔが温度の上昇とともに増加するように線形温度関数ｆ（Ｔ）を乗算し、温度にわたって平坦な感度Ｇ（Ｔ）を得る、換言すると、感度Ｇ（Ｔ）の損失を補償する。線形温度関数ｆ（Ｔ）は、１次曲線あてはめに基づいてよい。
【0032】
さらに別の実施形態では、バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、温度による感度Ｇ（Ｔ）の損失に相補的な正の温度傾きで変化させる。この構成では、ＭＴＪ検知回路１００は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓに応じて出力電圧Ｖｏｕｔの規模を決める（スケーリング）乗算器として用いられる。
【0033】
この構成は、ＭＴＪ検知回路１００に、絶対温度に比例する温度依存電圧（ＰＴＡＴ）と混合した調整可能な温度独立電圧を加える（ＭＴＪ検知回路１００を…バイアスする）ことによって実現できる。
【0034】
より特定的には、温度センサ回路３０１（基準発生器）は、バイアス電圧制御回路３０２（ＭＴＪ検知回路レギュレータ）と組み合わされて、単一の演算増幅器（オペアンプ）を使用する１段の回路（図９参照）に組み込まれる。この段への入力は、温度に依存しない電流（ＩｐｏｌｙＤｏｗｎ）とＰＴＡＴ電流（ＩｐｔａｔＲｅｆ）の組み合わせである。この段は、ＤＡＣとして機能する選択可能な電流ミラー（電流ＤＡＣ）のアレイを備え、オペアンプ回路に注入される。２つの電流源（Ｉｐｏｌｙｏｆｆｓｅｔ、Ｉｐｔａｔ）の規模を決めて、電流を合計された電圧に変換して所望の温度依存出力基準（Ｖｂｉａｓ）を生成する。５ビットコードはバイアス電圧Ｖｂｉａｓの固定成分を調整し、別の５ビットコードはバイアス電圧ＶｂｉａｓのＰＴＡＴ成分を調整する。ＰＴＡＴの単独使用は不可能であるため、ＰＴＡＴと固定電圧の両方が必要である。実際、ＰＴＡＴ電圧の場合、傾きが強いほど、２５℃での電圧は大きくなる。電圧と勾配は依存的な関数である。
【0035】
さらに別の実施形態では、線形温度関数ｆ（Ｔ）は、２つの異なる傾き、すなわち、２５℃未満の温度Ｔに対する第１勾配と、２５℃以上の温度Ｔに対する第２勾配とを備える。２スロープ線形温度関数ｆ（Ｔ）は、より優れた、より効果的な温度補償を可能にする。
【0036】
この実施形態は、第３変形例と同様に実装可能だが、温度関数ｆ（Ｔ）の２つの異なる傾きに対して実装可能である。図１０は、抵抗ＲｐｔａｔＸへのＰＴＡＴ電流Ｉｐｔａｔを使用してＩＣ温度Ｔを決定する方法を示す。抵抗ＲｐｔａｔＸの両端の電圧は、温度Ｔ（ケルビン単位）について直接大きさを決める。この温度依存電圧に比較器３１１を配置すると、温度が２５℃に遷移したときに補償勾配が変化する電流ＤＡＣに対して、２つの異なる組の５ビットコードを選択できるようになる。
【0037】
理想的な補正曲線への二重傾き近似を実装できる。バイアス電圧制御回路３０２の出力（レギュレータ出力）にフィルタを追加すると、遷移中のグリッチを低減するのに役立つ。比較器３１１は、遷移の近くでチャタリングを避けるためにヒステリシスを持つ。図１１の回路は引き続き使用できるが、温度が２５℃を超えると２組の５ビットコードが変更されるようになっている。ビット数は必ずしも５である必要はなく（例えば、６ビットであってもよい）、これは実装に必要な仕様に固有である。比較器出力Ｖｃｏｍｐ（図１２では「温度２５Ｃ超」とラベルが付されている）によってトリガされる双方向デジタルマルチプレクサ（図示せず）は、メモリに格納されているか、又はハードワイヤーされている、デジタル番号の２つの異なる組の中から選択する。
【0038】
さらに別の実施形態では、温度による感度Ｇ（Ｔ）の損失は、いくつかの温度サブ範囲について特徴付けられる。各温度サブ範囲について、基準電圧Ｖｒｅｆが決められて、ＭＴＪ検知回路１００のバイアス増幅器に入力される。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、デジタルルックアップテーブル（ＬＵＴ）に従って温度サブ範囲ごとに変化する。例えば、－４０℃から１２５℃の温度範囲では、１０℃の温度サブ範囲ごとに基準電圧Ｖｒｅｆとバイアス電圧Ｖｂｉａｓが決められる。温度サブ範囲は１０℃である必要はないが、ＭＴＪ検知回路１００の温度補償のために望む精度の程度に応じて、２０℃、３０℃などの任意の適切な値を持ってよい。
【0039】
感度対温度曲線の非線形性を考慮して補償方式を改善するために、温度感度プロファイルの理想的な逆数の区分線形近似を実装できる。図１１の図示例では、－４０℃から１２５℃の温度範囲を１０℃の１６の温度サブ範囲に分割している。複数の温度依存電圧Ｖ＿Ｔｉ（Ｖ－４０℃、Ｖ－３０℃、．．．Ｖ１１０℃、Ｖ１２０℃）は、複数のサブ範囲抵抗Ｒｐｔａｔ＿ｉ（温度依存電圧ごとに１つのサブ範囲抵抗Ｒｐｔａｔ＿ｉ）からなる抵抗ストリングにＰＴＡＴ電流Ｉｐａｔを強制することによって生成される。温度依存電圧Ｖ＿Ｔｉは、複数の比較器３１２において、複数の固定の電圧基準ＶＲｅｆ＿Ｔｉ（Ｖｒｅｆ－３０℃，Ｖｒｅｆ－２０℃，…Ｖｒｅｆ１１０℃，Ｖｅｆ１２０℃）と組み単位で比較され、複数のヒステリシス比較器出力ＴａｂｏｖｅＭ３＿Ｔｉ（ＴａｂｏｖｅＭ３０℃，ＴａｂｏｖｅＭ２０℃，…ＴａｂｏｖｅＭ１１０℃，ＴａｂｏｖｅＭ１２０℃）の結果を得る。
【0040】
複数のヒステリシス比較器出力ＴａｂｏｖｅＭ３＿Ｔｉは、最も高いロジックＨＩ入力に基づいて符号化された１６個のメモリ位置から優先順位を選択するアレイベースのメモリセル３１５（選択０、選択１、．．．選択１４、選択１５）に接続される。アレイベースのメモリセル３１５は、１６個のレジスタを持ち、各レジスタは、ＭＴＪ検知回路１００の所望のアナログバイアス電圧Ｖｂｉａｓをデジタル的に表している。
【0041】
図１２は、１６個のデジタルコードを１０℃ごとに変化する温度センサ回路３０１用の電圧基準ＶＲｅｆ＿Ｔｉに変換するＤＡＣを示す。レジスタと温度サブ範囲の正確な数は調整可能で、必要な温度補償の分解能に依存する。
【0042】
代替構成では、一対の比較器３１２は、１０℃の温度スパン（範囲）を表示領域にしている。一対の比較器３１２は、表示領域のスパンが計測温度に基づいて、異なる温度位置に動かされるように配置してよい。このような構成では、必要とされる任意の数の温度部分範囲に対して、２つの比較器３１２のみが必要である。
【0043】
図１３は、室温ＲＴ、１２５℃及び－２０℃で、線形部分において計測されたＭＴＪ検知回路１００の応答曲線を示し、ここではバイアス電圧Ｖｂｉａｓは温度によって変調されていない。
【0044】
図１４は、室温ＲＴ、１２５℃、５５℃、８５℃、－１０℃、及び－２０℃で線形部分において計測されたＭＴＪ検知回路１００の応答曲線を示し、ここではバイアス電圧Ｖｂｉａｓは、本明細書に開示される方法に従って温度によって変調されている。図８は、ＭＴＪ検知回路１００及び本明細書に開示される方法を用いて観察される感度の温度補償挙動において顕著な改善を示す。
【0045】
本発明は、上述した例示的な実施形態に限定されるものではなく、他の実施例も特許請求の範囲の範囲内で可能であることが理解される。
【0046】
例えば、予測可能な温度係数を有する他のタイプのセンサに対して同様の温度補正を実行すべく、本発明の方法を使用できる。
【符号の説明】
【0047】
１０ ＭＴＪ検知素子
１００ ＭＴＪ検知回路
１０１ 入力部
１０２ 出力
２ 磁気トンネル接合
２１ センス強磁性層
２１０ センス磁化
２２ トンネル障壁層
２３ ピン止め強磁性層
２３０ ピン止め磁化
２５０ 検知軸
３０ 補正温度信号
３００ 補正回路
３０１ 温度センサ
３０２ バイアス電圧制御回路
３０３ アナログフロントエンド増幅器
３１１ 比較器
３１２ 比較器（複数）
３１５ アレイベースのメモリセル
Ｈ 外部磁場
ＬＰ 線形部分
Ｔ 温度
Ｖｂｉａｓ バイアス電圧
Ｖｂｉａｓ（Ｔ） 変調バイアス電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
ＶＲｅｆ 電圧基準
１００ ＭＴＪ検知回路
１０１ 入力部
１０２ 出力
２ 磁気トンネル接合
２１ センス強磁性層
２１０ センス磁化
２２ トンネル障壁層
２３ ピン止め強磁性層
２３０ ピン止め磁化
２５０ 検知軸
３０ 補正温度信号
３００ 補正回路
３０１ 温度センサ
３０２ バイアス電圧制御回路
３０３ アナログフロントエンド増幅器
３１１ 比較器
３１２ 比較器（複数）
３１５ アレイベースのメモリセル
Ｈ 外部磁場
ＬＰ 線形部分
Ｔ 温度
Ｖｂｉａｓ バイアス電圧
Ｖｂｉａｓ（Ｔ） 変調バイアス電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
ＶＲｅｆ 電圧基準
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【手続補正書】
【提出日】2022-09-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、一般に、磁気トンネル接合部を採用した磁気センサに関する。より詳細には、本発明は、磁気センサの温度に基づく磁気センサ出力補償に向けたものである。
【背景技術】
【0002】
図１は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）検知素子１０の概略断面図を示す。ＭＴＪという用語は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）検知素子を指すために使用される。ＭＴＪ検知素子１０は、センス磁化２１０を有するセンス強磁性層２１と、ピン止め磁化２３０を備えるピン止め強磁性層２３との間に挟まれたトンネル障壁層２２とを備える。センス磁化２１０は、ピン止め磁化２３０の向きが変わらない一方で、外部磁場４２内で向きが変わり得るように構成されている。このような構成において、外部磁場Ｈを用いて、センス磁化２１０を、ピン止め磁化２３０に平行な向き（同じ向きで平行）から、ピン止め磁化２３０に反平行な向き（向きは反対で平行）に、又はその逆に切り替え可能である。
【0003】
図２は、抵抗Ｒ対外部磁場Ｈの応答曲線を示す。磁気抵抗応答曲線は、センス磁化２１０とピン止め磁化２３０の方向との間の角度の関数としての抵抗変化を示す。センス磁化２１０がピン止め磁化２３０と平行であると、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セル１０の抵抗が低くなる（論理状態「０」）。センス磁化２１０がピン止め磁化２３０と反平行（向きが逆で平行）であるとき、ＭＲＡＭセル１０の抵抗は高い（論理状態「１」）。センス磁化２１０及びピン止め磁化２３０が垂直な角度にあるとき、抵抗は高抵抗と低抵抗の中間の値となる。この値を中心に、ＭＴＪ検知素子１０は線形応答を有する。応答曲線の線形部分ＬＰの傾きは、ＭＴＪ検知素子１０の感度に比例する。
【0004】
ホール効果素子及び巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）検知素子と比較して、ＭＴＪセンサ素子は、より優れた温度安定性、高感度、低消費電力、より良い線形性を持ち、追加のフラックスコンセントレータ（磁束の収束）構造を必要としない。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子と比較して、ＭＴＪセンサ素子はより広い線形範囲を持ち、セットコイルやリセットコイルを必要としない。
【0005】
ＭＴＪ検知素子１０の応答信号を変更する回路の適用では、その出力電圧を増幅しやすいように、抵抗ブリッジがしばしば採用される。これにより、コモンモード信号（同じ方向に流れる信号）の低減、ノイズキャンセレーション、温度ドリフトの低減、その他の探触子の欠陥の最小化も可能になる。ＭＴＪ検知素子１０は、ホイートストンブリッジ又は他の任意のタイプの回路ブリッジを形成するために、並列と直列との少なくとも一方で接続してよい。
【0006】
図３は、ハーフブリッジＭＴＪ検知回路１００を示す。２つのＭＴＪ検知素子１０の１つは、他方のＭＴＪ検知素子１０のピン止め磁化２３と直交して回転されるそのピン止め磁化２３０を備えてよい。ＭＴＪ検知回路１００の検知軸２５０は、上部ＭＴＪ検知素子１０のピン止め磁化２３０の方向と一致する。
【0007】
ＭＴＪ検知回路１００は、図４に示すような、直列に接続された２つのＭＴＪ検知素子１０と直列に接続された２つのＭＴＪ検知素子１０とからなるフル（ホイートストン）ブリッジ回路構成として配置してもよい。
【0008】
ＭＴＪ検知回路１００は、３つの外部接点パッド、すなわちバイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力される入力部１０１と、出力電圧Ｖｏｕｔとグランドとを持つ出力１０２を持つ。外部磁場Ｈの所与の値に対して、正の感知軸２５０に沿って、抵抗は、１つ（又は２つ）のＭＴＪ感知素子１０について増加し、（２つの）他方について減少する。外部磁場Ｈが反対方向（負の検知軸２５０に沿って）に印加されると、抵抗は１つ（又は２つ）に対して減少し、（２つの）他方については増加する。
【0009】
ＭＴＪ検知回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔは、多くの一般的な方法を用いて計測できる。例えば、Ｖｏｕｔとグランドの間に電圧計が接続され、Ｖｏｕｔとグランドの電位差が出力電圧となる。
【0010】
磁気センサの感度は、ｍＶ／ｍＴ／Ｖｂｉａｓの比で表される。これは、外部磁場Ｈの変化に対するＭＴＪ検知回路１００からの出力電圧Ｖｏｕｔの変化を定義する。ＭＴＪ検知素子１０、及びＭＴＪ検知回路１００の感度は、レシオメトリックであり、バイアス電圧Ｖｂｉａｓに正比例する。ＭＴＪ検知回路１００からの出力電圧Ｖは、次のように表せる。
ここで、Ｇはゲイン（ｍＶ／ｍＴ／Ｖｂｉａｓ単位）である。
【数1】
【0011】
ＭＴＪ検知回路１００を広い温度範囲にわたって動作させると、温度に誘起される感度の変動を招き、それによってＭＴＪ検知回路の精度が妨げられる。ＭＴＪ検知回路１００の動作温度は、－４０℃から＋１５５℃と大きく異なることがある。温度の変化もＭＴＪ検知回路１００の感度を変化させる。感度の変動は、線形勾配の温度、又は高次曲線の温度に比例することがある。感度の温度係数は５００ｐｐｍ／Ｃ（ｐｐｍ／℃）まで高くできる。
【0012】
【0013】
広い温度範囲でセンサを動作させると、温度に誘起される感度の変動が生じ、センサの精度が低下する。場合によっては、出力ドリフトが５％変動することがある。ゆえに、磁気センサの出力の温度補償が必要である。
【0014】
特許文献１（ＵＳ２０１９１５４７３５）は、測定される電流の大きさに応じて出力電圧を出力する電流センサを開示している。電流センサは、電流が流れる導体、磁気センサ、および補正器を含む。磁気センサは、電流によって発生する磁場の強さを検出し、磁場の強さに応じた出力電圧を電流センサから出力電圧として出力する。
【0015】
特許文献２（ＵＳ２０１９３３９３３７）は、バイアス信号が与えられたときに磁場強度を示す出力信号を生成するように構成された磁気センサを較正する較正装置を開示している。
【0016】
特許文献３（ＥＰ３４５７１５４）は、基準電流でバイアスされた基準電界センサであって、電界に応答して基準センサ信号を提供する基準電界センサと、個別に調整可能な電流でバイアスされる、電界に応答して較正されたセンサ信号を提供する較正された電界センサとを備える電界センサ装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１９／１５４７３５号明細書
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／３３９３３７号明細書
【特許文献3】欧州特許出願公開第３４５７１５４号明細書
【発明の概要】
【0018】
本開示は、外部磁場を計測するＭＴＪ検知回路であって、ブリッジ構成で接続された複数のＭＴＪセンサ素子を備える。ＭＴＪ検知回路は、前記ＭＴＪ検知回路のバイアス電圧を入力し、バイアス電圧とＭＪＴ検知回路のゲイン感度を乗じることで外部磁場に比例した出力電圧を生成する入力部を備え、ここではゲイン感度と出力電圧は温度によって変化する。このＭＴＪ検知回路は、出力電圧が温度の関数として実質的に一定となるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備える。
【0019】
本開示はさらに、温度変化に対して出力電圧を補償する方法に関する。
【0020】
本発明は、例として与えられ、図によって例示される実施形態の説明の助けを借りてよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
線形傾き、又は高次曲線を持つ、温度に比例する温度変化の可能性がある。
【0023】
ゲイン感度Ｇ（ｔ）は、温度Ｔの関数として次のように変化する。
ここで、ｆ（Ｔ）は一次温度関数又は高次温度関数である。
【数2】
【0024】
一実施形態では、ＭＴＪ検知回路１００を用いて温度補償された外部磁場Ｈを計測する方法は、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓにゲイン感度Ｇ（Ｔ）を乗じた値が一定となるように、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを温度Ｔで変調するステップを備える。
【数3】
【0025】
この方法は、ＭＴＪ検知回路１００の入力部１０１に変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供して、出力１０２に設けられた出力電圧Ｖｏｕｔを計測するステップをさらに備える。
【0026】
変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供することで、ＭＴＪ検知回路１００は、外部磁場Ｈによって変化するが温度Ｔの変化時にはほぼ一定の出力電圧Ｖｏｕｔを出力できる。
【0027】
この方法は、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔを計測し、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔに比例する補正温度信号３０（図１０参照）を提供するステップをさらに備える。
【0028】
この方法は、補正温度信号を用いてバイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成して、生成したバイアス電圧Ｖｂｉａｓを変調し、変調されたバイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップをさらに備える。変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）は、線形勾配や高次曲線のような温度関数ｆ（Ｔ）と組み合わせて補正温度信号を使用することによって提供される。
【0029】
図６は、方法ステップ、特に、ＭＴＪ検知回路１００の温度Ｔを計測するステップ（Ｍ１）と、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成するステップ（Ｍ２）と、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップ（Ｍ３）と、ＭＴＪ検知回路１００の入力部１０１に変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を入力するステップ（Ｍ４）と、を模式的に表す。
【0030】
アナログ回路を使用して温度による変動を補償するべく、ＭＴＪ検知回路１００の温度を計測し、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを生成するステップと、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）を提供するステップを実行できる。
【0031】
図７は、本明細書に開示された方法に従って温度変化について補正されている、ＭＴＪ検知回路１００におけるゲイン感度Ｇ（ｔ）を報告する。補正されたゲイン感度Ｇ（ｔ）は、温度変化から実質的に独立している（感度Ｇ（Ｔ）の損失を補償している）。
【0032】
図８は、一実施形態によるＭＴＪ検知回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔを温度変化に対して補償する補正回路を示す。補正回路３００は、温度Ｔに比例する電圧基準Ｖ本明細書に開示された方法に従って温度変化について補正されているを生成させるように構成された温度センサ回路３０１（基準生成部）を備える。補正回路３００は、変調バイアス電圧Ｖｂｉａｓ（Ｔ）をＭＴＪ検知回路１００に提供するように構成されたバイアス電圧制御回路３０２（ＭＴＪ検知回路レギュレータ）をさらに備える。また、補正回路３００は、出力電圧Ｖｏｕｔが入力されるアナログフロントエンド増幅器３０３も備える。補正回路３００は、ＣＭＯＳオンチップデバイスとして設計してよい。
【0033】
一般に、ＭＴＪ検知回路１００は、温度Ｔが上昇するにつれて単調に減少する関数を受ける感度Ｇ（Ｔ）を有する。より具体的には、感度Ｇ（Ｔ）は２５℃未満の温度でより強く変化し、２５℃を超える温度でより小さく変化する。したがって、感度Ｇ（Ｔ）の温度関数ｆ（Ｔ）は温度と線形ではない。
【0034】
一実施形態では、一定の（非変調の）バイアス電圧ＶｂｉａｓがＭＴＪ検知回路１００に入力される。次に、ＭＴＪ検知回路１００の感度Ｇ（Ｔ）は、一定間隔で温度Ｔの範囲にわたって計測される。感度Ｇ（Ｔ）はｍＶ／Ｖ／ｍＴ、すなわち、与えられた磁場のｍＴに対するバイアス電圧Ｖｂｉａｓに対する出力ＶｏｕｔのｍＶに対応する。次に、計測された感度Ｇ（Ｔ）を表にして２５℃に正規化し、区間ごとに正規化係数を求める。正規化された係数はそれから反転され、バイアス電圧Ｖｂｉａｓの規模を決めるのに使用される。その結果、温度Ｔに対して平坦な感度Ｇ（Ｔ）が得られる。
【0035】
別の実施形態では、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧Ｖｏｕｔが温度の上昇とともに増加するように線形温度関数ｆ（Ｔ）を乗算し、温度にわたって平坦な感度Ｇ（Ｔ）を得る、換言すると、感度Ｇ（Ｔ）の損失を補償する。線形温度関数ｆ（Ｔ）は、１次曲線あてはめに基づいてよい。
【0036】
さらに別の実施形態では、バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、温度による感度Ｇ（Ｔ）の損失に相補的な正の温度傾きで変化させる。この構成では、ＭＴＪ検知回路１００は、バイアス電圧Ｖｂｉａｓに応じて出力電圧Ｖｏｕｔの規模を決める（スケーリング）乗算器として用いられる。
【0037】
この構成は、ＭＴＪ検知回路１００に、絶対温度に比例する温度依存電圧（ＰＴＡＴ）と混合した調整可能な温度独立電圧を加える（ＭＴＪ検知回路１００を…バイアスする）ことによって実現できる。
【0038】
より特定的には、温度センサ回路３０１（基準発生器）は、バイアス電圧制御回路３０２（ＭＴＪ検知回路レギュレータ）と組み合わされて、単一の演算増幅器（オペアンプ）を使用する１段の回路（図９参照）に組み込まれる。この段への入力は、温度に依存しない電流（ＩｐｏｌｙＤｏｗｎ）とＰＴＡＴ電流（ＩｐｔａｔＲｅｆ）の組み合わせである。この段は、ＤＡＣとして機能する選択可能な電流ミラー（電流ＤＡＣ）のアレイを備え、オペアンプ回路に注入される。２つの電流源（Ｉｐｏｌｙｏｆｆｓｅｔ、Ｉｐｔａｔ）の規模を決めて、電流を合計された電圧に変換して所望の温度依存出力基準（Ｖｂｉａｓ）を生成する。５ビットコードはバイアス電圧Ｖｂｉａｓの固定成分を調整し、別の５ビットコードはバイアス電圧ＶｂｉａｓのＰＴＡＴ成分を調整する。ＰＴＡＴの単独使用は不可能であるため、ＰＴＡＴと固定電圧の両方が必要である。実際、ＰＴＡＴ電圧の場合、傾きが強いほど、２５℃での電圧は大きくなる。電圧と勾配は依存的な関数である。
【0039】
さらに別の実施形態では、線形温度関数ｆ（Ｔ）は、２つの異なる傾き、すなわち、２５℃未満の温度Ｔに対する第１勾配と、２５℃以上の温度Ｔに対する第２勾配とを備える。２スロープ線形温度関数ｆ（Ｔ）は、より優れた、より効果的な温度補償を可能にする。
【0040】
この実施形態は、第３変形例と同様に実装可能だが、温度関数ｆ（Ｔ）の２つの異なる傾きに対して実装可能である。図１０は、抵抗ＲｐｔａｔＸへのＰＴＡＴ電流Ｉｐｔａｔを使用してＩＣ温度Ｔを決定する方法を示す。抵抗ＲｐｔａｔＸの両端の電圧は、温度Ｔ（ケルビン単位）について直接大きさを決める。この温度依存電圧に比較器３１１を配置すると、温度が２５℃に遷移したときに補償勾配が変化する電流ＤＡＣに対して、２つの異なる組の５ビットコードを選択できるようになる。
【0041】
理想的な補正曲線への二重傾き近似を実装できる。バイアス電圧制御回路３０２の出力（レギュレータ出力）にフィルタを追加すると、遷移中のグリッチを低減するのに役立つ。比較器３１１は、遷移の近くでチャタリングを避けるためにヒステリシスを持つ。図１１の回路は引き続き使用できるが、温度が２５℃を超えると２組の５ビットコードが変更されるようになっている。ビット数は必ずしも５である必要はなく（例えば、６ビットであってもよい）、これは実装に必要な仕様に固有である。比較器出力Ｖｃｏｍｐ（図１２では「温度２５Ｃ超」とラベルが付されている）によってトリガされる双方向デジタルマルチプレクサ（図示せず）は、メモリに格納されているか、又はハードワイヤーされている、デジタル番号の２つの異なる組の中から選択する。
【0042】
さらに別の実施形態では、温度による感度Ｇ（Ｔ）の損失は、いくつかの温度サブ範囲について特徴付けられる。各温度サブ範囲について、基準電圧Ｖｒｅｆが決められて、ＭＴＪ検知回路１００のバイアス増幅器に入力される。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、デジタルルックアップテーブル（ＬＵＴ）に従って温度サブ範囲ごとに変化する。例えば、－４０℃から１２５℃の温度範囲では、１０℃の温度サブ範囲ごとに基準電圧Ｖｒｅｆとバイアス電圧Ｖｂｉａｓが決められる。温度サブ範囲は１０℃である必要はないが、ＭＴＪ検知回路１００の温度補償のために望む精度の程度に応じて、２０℃、３０℃などの任意の適切な値を持ってよい。
【0043】
感度対温度曲線の非線形性を考慮して補償方式を改善するために、温度感度プロファイルの理想的な逆数の区分線形近似を実装できる。図１１の図示例では、－４０℃から１２５℃の温度範囲を１０℃の１６の温度サブ範囲に分割している。複数の温度依存電圧Ｖ＿Ｔｉ（Ｖ－４０℃、Ｖ－３０℃、．．．Ｖ１１０℃、Ｖ１２０℃）は、複数のサブ範囲抵抗Ｒｐｔａｔ＿ｉ（温度依存電圧ごとに１つのサブ範囲抵抗Ｒｐｔａｔ＿ｉ）からなる抵抗ストリングにＰＴＡＴ電流Ｉｐａｔを強制することによって生成される。温度依存電圧Ｖ＿Ｔｉは、複数の比較器３１２において、複数の固定の電圧基準ＶＲｅｆ＿Ｔｉ（Ｖｒｅｆ－３０℃，Ｖｒｅｆ－２０℃，…Ｖｒｅｆ１１０℃，Ｖｅｆ１２０℃）と組み単位で比較され、複数のヒステリシス比較器出力ＴａｂｏｖｅＭ３＿Ｔｉ（ＴａｂｏｖｅＭ３０℃，ＴａｂｏｖｅＭ２０℃，…ＴａｂｏｖｅＭ１１０℃，ＴａｂｏｖｅＭ１２０℃）の結果を得る。
【0044】
複数のヒステリシス比較器出力ＴａｂｏｖｅＭ３＿Ｔｉは、最も高いロジックＨＩ入力に基づいて符号化された１６個のメモリ位置から優先順位を選択するアレイベースのメモリセル３１５（選択０、選択１、．．．選択１４、選択１５）に接続される。アレイベースのメモリセル３１５は、１６個のレジスタを持ち、各レジスタは、ＭＴＪ検知回路１００の所望のアナログバイアス電圧Ｖｂｉａｓをデジタル的に表している。
【0045】
図１２は、１６個のデジタルコードを１０℃ごとに変化する温度センサ回路３０１用の電圧基準ＶＲｅｆ＿Ｔｉに変換するＤＡＣを示す。レジスタと温度サブ範囲の正確な数は調整可能で、必要な温度補償の分解能に依存する。
【0046】
代替構成では、一対の比較器３１２は、１０℃の温度スパン（範囲）を表示領域にしている。一対の比較器３１２は、表示領域のスパンが計測温度に基づいて、異なる温度位置に動かされるように配置してよい。このような構成では、必要とされる任意の数の温度部分範囲に対して、２つの比較器３１２のみが必要である。
【0047】
図１３は、室温ＲＴ、１２５℃及び－２０℃で、線形部分において計測されたＭＴＪ検知回路１００の応答曲線を示し、ここではバイアス電圧Ｖｂｉａｓは温度によって変調されていない。
【0048】
図１４は、室温ＲＴ、１２５℃、５５℃、８５℃、－１０℃、及び－２０℃で線形部分において計測されたＭＴＪ検知回路１００の応答曲線を示し、ここではバイアス電圧Ｖｂｉａｓは、本明細書に開示される方法に従って温度によって変調されている。図８は、ＭＴＪ検知回路１００及び本明細書に開示される方法を用いて観察される感度の温度補償挙動において顕著な改善を示す。
【0049】
本発明は、上述した例示的な実施形態に限定されるものではなく、他の実施例も特許請求の範囲の範囲内で可能であることが理解される。
【0050】
例えば、予測可能な温度係数を有する他のタイプのセンサに対して同様の温度補正を実行すべく、本発明の方法を使用できる。
【符号の説明】
【0051】
１０ ＭＴＪ検知素子
１００ ＭＴＪ検知回路
１０１ 入力部
１０２ 出力
２ 磁気トンネル接合
２１ センス強磁性層
２１０ センス磁化
２２ トンネル障壁層
２３ ピン止め強磁性層
２３０ ピン止め磁化
２５０ 検知軸
３０ 補正温度信号
３００ 補正回路
３０１ 温度センサ
３０２ バイアス電圧制御回路
３０３ アナログフロントエンド増幅器
３１１ 比較器
３１２ 比較器（複数）
３１５ アレイベースのメモリセル
Ｈ 外部磁場
ＬＰ 線形部分
Ｔ 温度
Ｖｂｉａｓ バイアス電圧
Ｖｂｉａｓ（Ｔ） 変調バイアス電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
ＶＲｅｆ 電圧基準
１００ ＭＴＪ検知回路
１０１ 入力部
１０２ 出力
２ 磁気トンネル接合
２１ センス強磁性層
２１０ センス磁化
２２ トンネル障壁層
２３ ピン止め強磁性層
２３０ ピン止め磁化
２５０ 検知軸
３０ 補正温度信号
３００ 補正回路
３０１ 温度センサ
３０２ バイアス電圧制御回路
３０３ アナログフロントエンド増幅器
３１１ 比較器
３１２ 比較器（複数）
３１５ アレイベースのメモリセル
Ｈ 外部磁場
ＬＰ 線形部分
Ｔ 温度
Ｖｂｉａｓ バイアス電圧
Ｖｂｉａｓ（Ｔ） 変調バイアス電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧
ＶＲｅｆ 電圧基準
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外部磁場を計測するＭＴＪ検知回路であって、前記ＭＴＪ検知回路は、ブリッジ構成内で接続されている複数のＭＴＪセンサ素子を備え、
前記ＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力して、そしてバイアス電圧とＭＴＪ検知回路のゲイン感度を乗じて、外部磁場に比例する出力電圧を生成する入力部を持ち、ここにおいてゲイン感度と出力電圧は温度によって変化するものであり、
前記ＭＴＪ検知回路が、出力電圧が温度の関数として実質的に一定になるように、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成さた温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、複数の基準電圧を生成するように構成されていて、各基準電圧は、温度範囲の温度サブ範囲に対応し、
前記温度補償回路は、温度依存の絶対温度比例（ＰＴＡＴ）電流が複数のサブ範囲抵抗で強制されるときに、サブ範囲抵抗器ごとに温度依存電圧を生成するように構成された複数のサブ範囲抵抗をさらに備え、
前記温度補償回路は、複数の固定電圧基準に温度依存電圧を比較するように構成された複数の比較器をさらに備え、各比較器はヒステリシス比較器出力を生成し、
前記温度補償回路は、複数のレジスタを有するアレイベースのメモリセルをさらに備え、各レジスタは、温度サブ範囲の１つに対応するバイアス電圧を表し、アレイベースのメモリセルは、ヒステリシス比較器出力に応じてレジスタの１つを選択するように設定されている、
前記ＭＴＪ検知回路。
【請求項2】
前記温度補償回路は、前記温度範囲にわたって前記ゲイン感度を計測するように構成された温度センサ回路を備える、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項3】
各温度サブ範囲の温度スパンは約１０℃である、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項4】
前記温度範囲は－４０℃から１２５℃まで及ぶ、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項5】
前記温度サブ範囲は、２５℃未満の温度サブ範囲と２５℃以上の温度サブ範囲とを備える、請求項１に記載のＭＴＪ検知回路。
【請求項6】
ＭＴＪ検知回路の出力電圧を補償する方法であって、前記ＭＴＪ検知回路は、ブリッジ構成内で接続されている複数のＭＴＪセンサ素子を備え、
前記ＭＴＪ検知回路は、バイアス電圧を入力して、そして前記バイアス電圧とＭＴＪ検知回路のゲイン感度とを乗じて外部磁界に比例した出力電圧を生成する入力を備え、ここにおいて前記ゲイン感度と前記出力電圧は温度によって変化し、
前記ＭＴＪ検知回路は、ある温度範囲にわたって温度の関数として変化する変調バイアス電圧を提供するように構成された温度補償回路をさらに備え、
前記温度補償回路は、ＰＴＡＴ電流を流すように構成された複数のサブ範囲抵抗と、複数の比較器と、複数のレジスタを有するアレイベースのメモリセルとをさらに備え、各レジスタは、温度サブ範囲の１つに対応するバイアス電圧を表し、
前記方法が、
前記ＭＴＪ検知回路の温度を計測するステップと、
変調されたバイアス電圧にゲイン感度を乗じた値が一定になるようにバイアス電圧を温度で変調するように、温度補償回路を使うステップと、
前記温度補償回路を用いて、複数の基準電圧を生成するべく前記温度補償回路を用いるステップであって、各基準電圧は、温度範囲の温度サブ範囲に対応する、前記温度補償回路を用いるステップと、
複数の部分範囲抵抗器にＰＴＡＴ電流を強制することによってサブ範囲抵抗器ごとに温度依存電圧を生成するステップと、
複数の比較器を使用して、温度依存電圧を複数の固定電圧基準と比較すべく、複数の比較器を使用するステップと、
各比較器のヒステリシス比較器出力を生成するステップと、
ヒステリシス比較器出力に応じてレジスタの１つを選択すべく、アレイベースのメモリセルを使用するステップと
を備える、前記方法。
【国際調査報告】