[发明专利]旋转角探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转角探测器，包括具有一对磁极的磁体转子和传感器芯片，传感器芯片具有半导体衬底上的磁场探测元件。

背景技术

常规上，如对应于US-2009/0206827的日本专利No.4273363所述，一种旋转角探测器包括具有四个或更多磁极(即，两对或更多对磁极)的磁体转子，以及用于探测由磁体转子产生的磁通的方向的第一和第二感测装置。

第一和第二感测装置中的每个都是具有固定层和可变层的自旋阀型巨磁致电阻效应元件。固定层的磁化方向被固定到特定方向。可变层的磁化方向随着磁场方向而变化。巨磁致电阻效应元件具有这样的特性：元件的电阻根据固定层的磁化方向和可变层的磁化方向(即磁场方向)之间的角度改变。在磁体转子旋转一电角度(通过将旋转角除以磁极对的数目计算出的角度)时，具有电阻器元件的感测装置输出与波形的一个周期对应的信号。例如，在磁体转子包括两对磁极且磁体转子旋转一圈时，感测装置输出与两个周期的波形对应的信号。

将解释日本专利No.4273363中描述的旋转角探测器。第一感测装置包括两个感测电桥X01、Y01，每个感测电桥都提供由四个电阻器元件构成的全桥。第二感测装置包括两个感测电桥X02、Y02，每个都提供由四个电阻器元件构成的全桥。全桥包括一对彼此串联耦合的电阻器元件以及彼此串联耦合的另一对电阻器元件。该对电阻器元件和另一对电阻器元件在电源和地之间彼此并联耦合。于是，准备好每个完整的电桥(即，每个感测电桥X01、X02、Y01、Y02)。在一对电阻器元件的电源侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向与另一对电阻器元件的电源侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向相反。在一对电阻器元件的地侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向与另一对电阻器元件的地侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向相反。

感测电桥Y01的电阻器元件中固定层的磁化方向与磁体转子的转动方向平行。此外，感测电桥Y01的电阻器元件中固定层的磁化方向与感测电桥X01的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直。感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向与磁体转子的转动方向平行。此外，感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向与感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直。布置感测电桥X01的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向，以使相位相差90度的电角度。

第一感测装置具有磁场敏感方向作为磁体转子的参考。第一感测装置相对于磁体转子的旋转角被定义为θ。在感测电桥X01根据cosθ项输出探测信号时，感测电桥Y01根据-sinθ项输出探测信号，因为感测电桥Y01的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直于感测电桥X01的电阻器元件中固定层的磁化方向。

由于感测电桥X01的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向被布置成使相位相差90度的电角度，所以感测电桥X02根据sinθ项输出探测信号。由于感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直于感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向，所以感测电桥Y02根据cosθ项输出探测信号。

取决于感测电桥X01、Y01的探测信号中的θ项的因子被定义为(X01θ，Y01θ)。(X01θ，Y01θ)等于(cosθ，-sinθ)。取决于感测电桥X02、Y02的探测信号中θ项的因子被定义为(X02θ，Y02θ)。(X02θ，Y02θ)等于(sinθ，cosθ)。于是，感测电桥X01、Y02的探测信号取决于cosθ项。感测电桥Y01、X02的探测信号取决于sinθ项。因此，感测电桥Y02的探测信号被反转，从而获得反转的探测信号，将取决于感测电桥Y02的反转探测信号中的θ项的因子定义为Y02θ’。在运算放大器计算(X01θ-Y02θ’)的差和(X02θ-Y01θ)的差时，获得了每个探测信号中的cosθ值和sinθ值。在这里，在cosθ的值和sinθ的值中消除了具有相同相位的高频噪声。基于cosθ的值和sinθ的值，计算tanθ的值。然后，角度计算器利用反正切函数执行计算，从而计算角度θ。

在这里，在芯片中形成与第二感测装置不同的第一感测装置。在这种情况下，旋转角探测器包括多个芯片，使得探测器的制造成本很高。