DE19733904C2 - Magnetische Erfassungsvorichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Erfassungsvorrichtung, die ein äußerst großes magnetoresistives Element (ein mit dem Magnetowiderstands- Effekt arbeitendes Element) verwendet, um im Ansprechen auf die Bewegung eines magnetischen Objekts, z. B. die Anzahl von Umdrehungen eines sich drehenden magnetischen Körpers, ein Impulssignal auszugeben, und insbesondere eine magnetische Erfassungsvorrichtung, die Fehlfunktionen in einer Wellenformverarbeitungsschaltung, die Pegelschwankungen, überlagerten Rauschkomponenten etc. zurechenbar sind, in den analogen Signal von dem äußerst großen magnetoresistiven Element verhindert, wodurch eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die DE 44 35 678 A1 beschreibt eine magnetische Erfassungsvorrichtung, bei der eine Verstärkerschaltung ein analoges Signal verstärkt, das von einem Halleffektsensor ausgegeben wird. Der Halleffektsensor erfaßt Änderungen eines Magnetfelds, die durch einen Drehkörper mit Vorsprüngen verursacht werden. Das von der Verstärkerschaltung ausgegebene erste Signal und ein zweites Signal, das den Mittelwert des sich ändernden ersten Signals anzeigt, werden an eine Vergleicherschaltung geführt. In der Vergleicherschaltung wird ein erstes und ein zweites Referenzsignal gebildet, die jeweils um einen vorgegebenen Betrag größer bzw. kleiner als der erzeugte Mittelwert sind. Die Vergleicherschaltung gibt ein impulsförmiges Ausgangssignal aus, das auf einem Vergleich des ersten Signals mit dem Pegel des ersten bzw. zweiten Referenzsignals beruht. Das impulsartige Ausgangssignal repräsentiert zuverlässig die Drehung des Drehkörpers auch dann, wenn das das Magnetfeld beeinflussende Objekt, nämlich die Vorsprünge, Unregelmäßigkeiten aufweist. Die Referenzsignale folgen hier nicht dem Pegelverlauf des sich ändernden ersten Signals, sondern dem Pegelverlauf des sich nur langsam ändernden Mittelwerts.

In der DE 44 07 565 A1 ist eine magnetische Erfassungsvorrichtung offenbart, bei der das Ausgangssignal eines magnetoresistiven Elements einer Differenzverstärkerschaltung eingegeben wird, deren Ausgangssignal dann an eine Halbwellengleichrichterschaltung geführt wird. Das von der Halbwellengleichrichterschaltung ausgegebene Signal und das von der Differenzverstärkerschaltung ausgegebene Signal werden in einer Komparatorschaltung verglichen. Die Halbwellengleichrichterschaltung umfaßt einen Operationsverstärker und eine Diode, deren Temperaturcharakteristiken kompensiert werden können. Die Differenzverstärkerschaltung umfaßt zwei in Reihe angeordnete Operationsverstärker, die so verschaltet sind, daß eine hohe Eingangsimpedanz für die Signale von dem magnetoresistiven Element existiert.

In der Zeitschrift "Electronic" 24/1992 ist auf den Seiten 48-52 ein magnetoresistiver Drehzahlsensor offenbart, der bis 190°C temperaturfest ist. Das von einer magnetoresistiven Brückenschaltung gelieferte Signal wird durch ein EMV Filter von Störungen befreit und dann auf einen hochstabilen Vorverstärker, der - wie auch die magnetoresistiven Sensoren - sehr wenig Offsetdrift aufweist. Dem Verstärker folgt dann ein Komparator, der das vom Vorverstärker ausgegebene Signal digitalisiert. Eine Referenzspannungs-Erzeugungseinrichtung und eine erste Konstantstromquelle werden zusammen mit einem Verstärker zur Spannungsstabilisierung verwendet. Eine zweite schaltbare Stromquelle wird von einem Ausgangssignal des Komparators gesteuert, wobei die Ausgangsinformation, d. h. das Ausgangssignal entsprechend der Magnetfeldänderung, über die Stromaufnahme ausgegeben wird. In dieser Schaltung wird insbesondere berücksichtigt, daß das Sensorsignal temperaturabhängig ist und so die sich mechanisch auswirkende Hysterese ebenfalls eine Temperaturabhängigkeit zeigt. Bei der hier vorliegenden Schaltung ist dieser Effekt durch eine temperaturabhängige Hysterese kompensiert, so daß das Verhalten des Sensors im ganzen Temperaturbereich annähernd gleich bleibt.

Herkömmlicherweise war eine magnetische Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Drehung eines sich drehenden magnetischen Körpers, beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, bekannt. Es ist auch weitläufig bekannt, daß ein äußerst großes magnetoresistives Element, das eine hohe Erfassungsempfindlichkeit aufzeigt, als ein magnetischer Erfassungskopf verwendet wird.

Diese Art von magnetischer Erfassungsvorrichtung ist mit einer Wellenformverarbeitungsschaltung zur Wellenformung der von dem großen magnetoresistiven Element ausgegebenen analogen Signale in Impulssignale, um so Impulssignale auf Grundlage der Anzahl von Umdrehungen auszugeben, ausgerüstet.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht, die eine magnetische Erfassungsvorrichtung darstellt, z. B. eine Drehungserfassungsvorrichtung, in der eine typische Wellenformverarbeitungsschaltung eingebaut ist; sie zeigt die relative Positionsbeziehung zwischen einem magnetischen Körper 100, der sich in der Richtung des Pfeils dreht, und einer Drehungserfassungsvorrichtung 101.

In Fig. 4 ist der zu erfassende magnetische Körper 100 als ein integraler Teil einer Drehwelle, beispielsweise einer Kurbelwelle, vorgesehen; er weist vorstehende Abschnitte 100a und ausgesparte Abschnitte 100b auf, die alternierend auf seinem äußeren Umfang gebildet sind. Die Drehungserfassungsvorrichtung 101 ist so angeordnet, daß sie dem magnetischen Körper 100 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei ein vorgegebener Spalt G dazwischen vorhanden ist.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau der Drehungserfassungsvorrichtung 101 in Fig. 4 zeigt.

In Fig. 5 ist die Drehungserfassungsvorrichtung 101 mit einem magnetischen Erfassungskopf ausgerüstet, der von einem Permanentmagneten 103 und einem IC 104 gebildet ist und der auf der Oberfläche angeordnet ist, die auf den magnetischen Körper 100 hingerichtet ist.

Das IC beinhaltet ein großes magnetoresistives Element und eine Wellenformverarbeitungsschaltung (die nachstehend diskutiert wird), die in ein Teil zusammengefaßt sind; das große magnetoresistive Element ist dem magnetischen Körper 100 gegenüberliegend angeordnet und die Wellenformverarbeitungsschaltung wandelt die von dem großen magnetoresistiven Element empfangenen analogen Signale in Impulssignale um und gibt diese Impulssignale aus.

Der Permanentmagnet 103 befindet sich auf der Rückseite des ICs 104, um ein Vorpolungs-Magnetfeld an das große magnetoresistive Element in dem IC 104 anzulegen.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die die relative Positionsbeziehung zwischen dem magnetische Körper 100 und der Drehungserfassungsvorrichtung 101 zeigt, die in Fig. 4 gezeigt sind.

In Fig. 6 ist ein großes magnetoresistives Element 20, das auf dem IC 104 angebracht ist, aus linienförmigen Segmenten 20a bis 20d gebildet, die in zwei Paare aufgeteilt sind und die vorgesehen sind, um die magnetische Erfassungsempfindlichkeit zu verbessern.

Von den Segmenten 20a bis 20d ist ein Paar der Segmente 20a und 20b bezüglich der Drehrichtung des magnetischen Körpers 100 (mit dem Pfeil angedeutet) auf der Vorderseite positioniert, während das andere Paar der Segmente 20c und 20d bezüglich der Drehrichtung des magnetischen Körpers 100 auf der Rückseite positioniert ist.

Fig. 7 ist ein Schaltbild, das die Verbindung der jeweiligen Segmente 20a bis 20d, die das große magnetoresistive Element 20 bilden, zeigt.

In Fig. 7 bilden die Segmente 20a bis 20d zwei Paare von Reihenschaltungen, um die Segmente jedes der voranstehend erwähnten zwei Paare zu umfassen; die jeweiligen Reihenschaltungen sind zwischen einer Energieversorgung Vcc und Masse parallel geschaltet, um eine Brückenschaltung 14 zu bilden.

Ein Mittelpunkt 14a einer Reihenschaltung, die die Segmente 20a und 20d in der Brückenschaltung 14 umfaßt, und ein Mittelpunkt 14b der anderen Reihenschaltung, die die Segmente 20c und 20b umfaßt, stellen Ausgangsanschlüsse bereit, über die analoge Signale A1 und A2 ausgegeben werden, wenn sich der magnetische Körper 100 dreht.

Fig. 8 zeigt die Kurven, die die Widerstandswerte in Ohm (Ω) des großen magnetoresistiven Elements 20 zeigen, die sich ändern, wenn sich das magnetische Feld in Oersteds (Oe) ändert.

In Fig. 8 ändert sich der Widerstandswert des großen magnetoresistiven Elements 20 im Vergleich mit einem regulären magnetoresistiven Element beträchtlich, wenn sich das externe Magnetfeld ändert; beispielsweise steigt er ungefähr 250 Ohm, d. h. 10% oder mehr, für einen Widerstandswert von ungefähr 2000 Ω an oder fällt um diesen Wert ab, und er zeigt bezüglich der Änderungsrichtung des Magnetfelds eine Hysterese auf.

Das voranstehend erwähnte große magnetoresistive Element 20 ist beispielsweise in "Magnetoresistance Effect of Synthetic Lattice" (Seite 813 bis Seite 821, Nr. 51991, Band 15, Japan Applied Magnet Society Journal) beschrieben.

Gemäß der voranstehend angegebenen Literaturstelle kann das große magnetoresistive Element 20 durch einen geschichteten Körper gebildet werden, der als ein synthetischer Gitterfilm bekannt ist, der durch alternatives Aufstapeln von magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten gebildet wird, die wenige Angström bis wenige zehn Angström (Å) sind.

Das große magnetoresistive Element 20 verwendet für sein Material (Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, (Co/Cu)n etc..

Fig. 9 und Fig. 10 sind Erklärungsdiagramme, die die Beziehung zwischen dem magnetischen Körper 100 und den Wellenformen der analogen Signale A1 und A2 darstellt; Fig. 9 zeigt einen Fall, bei dem der Spalt G zwischen dem magnetischen Körper 100 und dem magnetischen Erfassungskopf groß ist, wohingegen Fig. 10 einen Fall zeigt, bei dem der Spalt G klein ist.

In Fig. 9 und Fig. 10 bezeichnen die durchgezogenen Linien die Wellenformen des analogen Signals A, die über den Mittelpunkt 14a der Brückenschaltung 14 ausgegeben werden, wohingegen die strichpunktierten Linien die Wellenformen des analogen Signals A2 bezeichnen, das über den Mittelpunkt 14b ausgegeben werden.

Bezug nehmend nun auf Fig. 4 bis Fig. 10 wird der Betrieb einer typischen Drehungserfassungsvorrichtung beschrieben.

Wie in Fig. 4 bis Fig. 6 gezeigt, ist der Permanentmagnet 103 und der magnetische Körper 100 mit dem IC 104 zwischen ihnen angeordnet; wenn sich der magnetische Körper 100 dreht, liegen die vorstehenden Abschnitt 100a und die ausgesparten Abschnitte 100b des magnetischen Körpers 100 alternierend dem Permanentmagneten 103 gegenüber.

Somit nimmt das an das IC 104 angelegte Magnetfeld alternierend zu und ab, wenn sich der magnetische Körper 100 dreht.

Genauer gesagt steigt das an das IC 104 angelegte Magnetfeld an, wenn die vorstehenden Abschnitte 100a dem magnetischen Erfassungskopf zugekehrt sind, weil der Permanentmagnet 103 und der magnetische Körper 100 näher zueinander sind, wohingegen es abnimmt, wenn die ausgesparten Abschnitte 100b dem magnetischen Erfassungskopf gegenüberliegen, weil der Permanentmagnet 103 und der magnetische Körper 100 weit voneinander entfernt sind.

Zu dieser Zeit ändert sich der magnetische Fluß, der das große magnetoresistive Element 20 auf dem IC 104 kreuzt; deshalb verändern sich die Widerstandswerte der jeweiligen Segmente 20a bis 20d wie in Fig. 8 gezeigt gemäß der Richtung und der Größe des angelegten Magnetfelds.

Somit werden die analogen Signale A1 und A2, wie in Fig. 9 oder Fig. 10 gezeigt, an den Ausgangsanschlüssen erzeugt, d. h. an den Mittelpunkten 14a und 14b der in Fig. 7 gezeigten Brückenschaltung 14, wenn sich der magnetische Körper 100 dreht.

Die Spannungspegel und Schwankungspegel der analogen Signale A1 und A2 ändern sich entsprechend der Größe des Spalts G, wie in Fig. 9 und Fig. 10 gezeigt, und deshalb ändern sie sich hauptsächlich in Abhängigkeit von den Formen des magnetischen Körpers 100 und der Drehungserfassungsvorrichtung 101 und den Veränderungen in dem nichtgezeigten installierten Abschnitt der Drehungserfassungsvorrichtung 101.

Fig. 11 zeigt die Wellenformen, die den Betrieb zum Umformen des von dem großen magnetoresistiven Element 20 empfangenen analogen Signals A in das Impulssignal P darstellen.

Da das große magnetoresistive Element 20 wie voranstehend erwähnt die Hysterese aufzeigt, wie in Fig. 8 gezeigt, weist das analoge Signale A, das von der durchgezogenen Linie angedeutet wird, einen Hügel VH und ein Tal VL auf, die jeweils relativ hohe Pegel und extrem steile Steigungen, d. h. eine hohe Änderungsrate, entsprechend der Enden des vorstehenden Abschnitts 100a des magnetischen Körpers 100 aufweisen.

Deshalb kann das digitalisierte Impulssignal P erhalten werden, indem durch Verwendung einer altbekannten Wellenformverarbeitungsschaltung, die nachstehend noch diskutiert wird, das analoge Signal A mit einem Referenzspannungssignal V14 verglichen wird, das mit der gestrichelten Linie angezeigt ist.

Der Spannungspegel des Impulssignals P wird entsprechend der Enden der vorstehenden Abschnitte 100a zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel umgeschaltet.

Fig. 12 ist ein Schaltbild, das eine herkömmliche Wellenformverarbeitungsschaltung darstellt, die beispielsweise in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 5-70191 beschrieben ist und Fig. 13 zeigt die Wellenformen der Spannungssignale in Fig. 12.

In Fig. 12 verstärkt eine Verstärkerschaltung 1 das analoge Signal und gibt ein analoges Spannungssignal V12 aus.

Eine Pegelverschiebungsschaltung 4, die mit dem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 1 verbunden ist, ist aus Widerständen R12, R11 und R13, die zwischen dem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 1 und Masse in Reihe geschaltet sind, gebildet; sie gibt über ein Ende des Widerstands R12 ein Spannungssignal V12 eines maximalen Pegels, über den Verbindungspunkt der Widerstände R12 und R11 ein Spannungssignal V11 eines mittleren Pegels und über den Verbindungspunkt der Widerstände R11 und R13 ein Spannungssignal V13 eines minimalen Pegels aus.

Das Spannungssignal V11 wird so eingestellt, daß es um eine vorgegebene Spannung, die durch das Widerstandsverhältnis der Widerstände R11 bis R13 bestimmt wird, kleiner als das von der Verstärkerschaltung 1 ausgegebene Spannungssignal V12 ist; das Spannungssignal V13 wird so eingestellt, daß es um eine vorgegebene Spannung, die von dem Widerstandsverhältnis der Widerstände R11 bis R13 bestimmt wird, kleiner als das Spannungssignal V11 ist.

Eine Spannungs-Halteschaltung 5, die das Referenzspannungssignal V14 gemäß der Spannungssignale V12 und V13 erzeugt, ist mit einem Vergleicher 22, der den minimalen Wert des Spannungssignals V12 des maximalen Pegels hält, einem Vergleicher 23, der den maximalen Wert des Spannungssignals V13 des minimalen Pegels hält, Dioden D2 und D3, die an den Ausgangsanschlüssen der Vergleicher 22 bzw. 23 eingefügt sind, und einem Kondensator C, der zwischen die Enden der Dioden D2 und D3 und Masse eingefügt ist, ausgerüstet.

Das Spannungssignal V12 wird an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß (+) des Vergleichers 22 angelegt, der Ausgangsanschluß des Vergleichers 22 ist mit der Kathode der Diode D2 verbunden und die Anode der Diode D2 ist mit einem Ende des Kondensators C und einem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Vergleichers 22 verbunden.

Das Spannungssignal V13 ist an einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+) des Vergleichers 23 angelegt, der Ausgangsanschluß des Vergleichers 23 ist mit der Anode der Diode D3 verbunden und die Kathode der Diode D3 ist mit einem Ende des Kondensators C und einem invertierenden Eingangsanschluß (-) des Vergleichers 23 verbunden.

Ein Ende des Kondensators C hält alternierend den minimalen Wert des Spannungssignals V12 und den maximalen Wert des Spannungssignals V13 und gibt sie als die Referenzspannungssignale V14 aus.

Eine Vergleicherschaltung 6 vergleicht das Spannungssignal V11 des mittleren Pegels mit dem Referenzspannungssignal V14, um das Impulssignal P auszugegeben, das durch Digitalisieren des Spannungssignals V11 erhalten wird.

Zu dieser Zeit nimmt eine Hysterese-Erzeugungsschaltung 10, die an dem Eingangsanschluß der Verstärkerschaltung 6 vorgesehen ist, eine Addition zu dem Spannungssignal V11 vor und legt das Ergebnis als das Spannungssignal V11b an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß (+) der Vergleicherschaltung 6 an.

Die Hysterese-Erzeugungsschaltung 10 ist durch einen Widerstand, der zwischen den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V11 und den nicht-invertierenden Eingangsanschluß (+) der Verstärkerschaltung 6 eingefügt ist, und einen Widerstand, der zwischen den Ausgangsanschluß und den nicht-invertierenden Eingangsanschluß (+) der Vergleicherschaltung 6 eingefügt ist, gebildet.

Eine Startschaltung 25, die mit den nicht-invertierenden Eingangsanschluß (+) der Vergleicherschaltung 6 verbunden ist, sperrt den Betrieb der Vergleicherschaltung 6 für eine vorgegebene Zeitperiode unmittelbar nach einem Startvorgang.

Die herkömmliche Wellenformverarbeitungsschaltung, die in Fig. 12 gezeigt ist, hält alternierend die minimalen Werte des Spannungssignals V12 und die maximalen Werte des Spannungssignals V13, um das Referenzspannungssignal V14 bereitzustellen, das mit der gestrichelten Linie in Fig. 13 dargestellt ist.

In dem Vergleicher 6 wird das Impulssignal P erhalten, dessen Pegel jedesmal dann, wenn das Spannungssignal V11b das Referenzspannungssignal V14 kreuzt, umgeschaltet wird.

Wenn jedoch die Pegelverschiebungsschaltung 4 nur aus den Widerständen R11 bis R13 gebildet ist, verändert sich der vorgegebene Spannungsverschiebebetrag von den jeweiligen Spannungssignalen V11 bis V13 unvermeidbar gemäß dem Pegel der analogen Signale, die von der Verstärkerschaltung 1 ausgegeben werden.

Wenn der Amplitudenpegel des analogen Signals relativ hoch ist, wie genauer in Fig. 13 gezeigt, wird ein Bereich, in dem der Spannungsverschiebebetrag kleiner ist, in der Nähe von Null Volt erzeugt, wobei der Bereich ein Bereich B ist, der durch die strichpunktierte Linie angezeigt wird, wie sich aus den Intervallen zwischen den Spannungssignalen V11b, V12 und V13 ersehen läßt. Dies führt zu kleineren Spannungsdifferenzen des Spannungssignals V11b und des Referenzspannungssignals V14 zwischen den Eingangsanschlüssen der Vergleicherschaltung 6.

Fig. 14 zeigt ein Wellenformdiagramm einer vergrößerten Ansicht des Bereichs B, der von der strichpunktierten in Fig. 13 gezeigten Linie angezeigt wird; sie zeigt die Wellenform, die während einer Periode beobachtet wird, in der der minimale Wert des Spannungssignals V12 (das Impulssignal P befindet sich auf dem niedrigen Pegel) als das Referenzspannungssignal V14 gehalten wird.

Wie in Fig. 14 gezeigt, bei der die Spannungsdifferenz zwischen dem Spannungssignal V11b und dem Referenzspannungssignal V14 klein ist, wenn ein Rauschsignal VN, das die Spannungsdifferenz übersteigt, überlagert wird, dann gibt die Vergleicherschaltung 6 unvermeidbar das Impulssignal P aus, das ein Fehlfunktionssignal PN auf Grundlage des Rauschsignals VN umfaßt.

Fig. 15 zeigt die Wellenform, die beobachtet wird, wenn der Amplitudenpegel des von der Verstärkerschaltung 1 ausgegebenen analogen Signals niedrig ist; sie zeigt die Wellenform, die während einer Periode beobachtet wird, in der der maximale Wert des Spannungssignals V13 (das Impulssignal P befindet sich auf dem hohen Pegel) als das Referenzspannungssignal V14 gehalten wird.

In diesem Fall ist der Amplitudenpegel des analogen Signals, d. h. das Spannungssignal V11b, kleiner als der Spannungsverschiebebetrag.

Wenn, wie in Fig. 15 gezeigt, der Amplitudenpegel des Spannungssignals V11b bezüglich der Spannungsverschiebung zwischen dem Spannungssignal V11b und dem Referenzspannungssignal V14 klein ist, dann steigt die Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen der Vergleicherschaltung 6 entsprechend an. Infolgedessen kreuzt das Spannungssignal V11b das Referenzspannungssignal V14, das mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, nicht mehr, so daß es unmöglich ist, das Impulssignal P von der Vergleicherschaltung 6 auf den niedrigen Pegel herunter abfallen zu lassen.

Wenn die Hysterese-Erzeugungsschaltung nur mit den Widerständen aufgebaut ist, wie in Fig. 12 gezeigt, hängt die zu dem Spannungssignal V11b hinzugefügte Hysteresebreite von dem Spannungssignal V11 und dem Pegel des Impulssignals P ab und wird durch das Widerstandsspannungsverhältnis des Spannungssignals V11 und des Impulssignals P bestimmt.

Jedoch weist das Impulssignal P, das einer Wellenformverarbeitung ausgesetzt worden ist, einen festen Wert entweder des hohen oder des niedrigen Pegels auf, wohingegen sich die Pegel des analogen Signals A und des Spannungssignals V11 entsprechend der verschiedenen Bedingungen ändern. Deshalb ändert sich auch die Hysteresebreite, die von dem Widerstandsspannungsverhältnis abhängt.

Wenn sich die Hysteresebreite des Spannungssignals V11b, das an die Vergleicherschaltung 6 geliefert wird, verändert, dann besteht die Gefahr, daß die Vergleicherschaltung 6 das Fehlfunktionssignal ausgeben kann, wie in Fig. 14 dargestellt, oder verhindert, daß die Wellenformverarbeitung ausgeführt wird, wie in Fig. 15 gezeigt.

Ferner fließt, wie in Fig. 12 gezeigt, ein Leckstrom I4 von dem invertierenden Eingangsanschluß (-) der Vergleicherschaltung 6 an den Kondensator C; deshalb steigt das Referenzspannungssignal V14 über der Zeit an, wenn der Spannungshaltezustand unverändert bleibt.

Fig. 16 ist ein Wellenformdiagramm, das das Referenzspannungssignal V14 in der Zone darstellt, in der der maximale Wert des Spannungssignals V13 gehalten wird.

In Fig. 16 steigt das Referenzspannungssignal V14, das mit der gestrichelten Linie angedeutet ist, von der Spannungshalteschaltung 5 aufgrund der Einflüsse des Leckstroms I4 sogar in der Konstantpegelzone des Spannungssignals V13 weiter an.

Die Einflüsse des Leckstroms I4 können nicht ignoriert werden, wenn die Frequenz des analogen Signals A niedrig ist, und die Spannungshalteschaltung 5 kann ein genaues Referenzspannungssignal V14 nicht aufrechterhalten, was zu der Fehlfunktion der Vergleicherschaltung 6 führt.

Somit wird in der herkömmlichen magnetischen Erfassungsvorrichtung die Pegelverschiebeschaltung 4 nur durch die Widerstände R11 bis R13 gebildet und der Spannungsverschiebebetrag ändert sich in Abhängigkeit von dem Pegel des analogen Signals. Wenn somit die Amplitude des analogen Signals groß ist, wie in Fig. 13 dargestellt, dann ergibt sich ein Problem darin, daß die Vergleicherschaltung 6 das Fehlfunktionssignal PN ausgibt, wenn das Rauschsignal VN (siehe Fig. 14) in dem Bereich B überlagert wird, in dem der Spannungsverschiebebetrag klein ist.

Wenn ferner, wie in Fig. 15 gezeigt, der Pegel des analogen Signals hoch ist und die Amplitude davon klein ist, steigt der Spannungsverschiebebetrag an, was ein Problem dahingehend darstellt, daß die Vergleicherschaltung 6 die Wellenformverarbeitung nicht ausführen kann.

Ein anderes Problem war folgendes: Da die Hysterese-Erzeugungsschaltung 10 nur aus den Widerständen gebildet ist, verändert sich die Hysteresebreite, die zu dem Spannungssignal V11b hinzuaddiert wird, in Abhängigkeit von verschiedenen Bedingungen, was die Vergleicherschaltung 6 veranlaßt, eine Fehlfunktion auszuführen.

Ferner bestand noch das andere folgende Problem: Wenn das analoge Signal A einer niedrigen Frequenz der Wellenformverarbeitung ausgesetzt wird, ändert sich das Referenzspannungssignal V14 der Spannungshalteschaltung 5 unweigerlich wegen des Leckstroms I4 von der Vergleicherschaltung 6, wie in Fig. 16 dargestellt, wobei verhindert wird, daß ein genaues Impulssignal P erzeugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine magnetische Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die eine genaue Wellenformverarbeitung unabhängig von Rauschsignalen, unabhängig von dem Pegel des von dem magnetoresistiven Element ausgegebenen analogen Signals und dem Pegel des Ausgangsimpulssignals und unabhängig von der Frequenz des analogen Signals erlaubt.

Diese Aufgabe wird mit einer magnetische Erfassungvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiter vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der Spannungsverschiebebetrag einer Pegelverschiebeschaltung auf einen festen Wert eingestellt und hängt somit nicht von dem Pegel des analogen Signals ab. Ferner wird die Hysteresebreite einer Hysterese-Erzeugungsschaltung auf einen festen Wert gesetzt und die Einflüsse eines Leckstroms von einer Vergleicherschaltung werden unterdrückt, so daß die genaue Wellenformverarbeitung sogar für ein analoges Signal mit einer niedrigen Frequenz erzielt wird.

Diesbezüglich ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine magnetische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, deren Ausrüstung umfaßt: ein großes magnetoresistives Element, welches einem magnetischen Körper gegenüberliegend angeordnet ist, einen Magneten zum Anlegen eines Vorpolarisierungs-Magnetfelds an das große magnetoresistive Element, und eine Wellenformverarbeitungsschaltung zur Wellenformung eines analogen Signals, welches von dem großen magnetoresistiven Element ausgegeben wird, wenn sich der magnetische Körper bewegt, in ein Impulssignal; wobei die Wellenformverarbeitungsschaltung eine Verstärkerschaltung zum Verstärken des von dem magnetoresistiven Element erhaltenen analogen Signals in Synchronisation zu der Bewegung des magnetischen Körpers; eine Pegelverschiebeschaltung, die mit einem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung verbunden ist und die ein von der Verstärkerschaltung ausgegebenes erstes Spannungssignal, ein zweites Spannungssignal, das um eine vorgegebene Spannung höher als das erste Spannungssignal und ein drittes Spannungssignal, das um eine zweite vorgegebene Spannung kleiner als das erste Spannungssignal ist erzeugt; eine Spannungshalteschaltung, die alternierend den minimalen Wert des zweiten Spannungssignals und den maximalen Wert des dritten Spannungssignals als ein Referenzspannungssignal hält; und eine Vergleicherschaltung, die das erste Spannungssignal mit dem Referenzspannungssignal vergleicht und ein Impulssignal ausgibt; wobei die Pegelverschiebeschaltung aus ersten und zweiten Widerständen gebildet ist, die jeweils zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals und den Ausgangsanschlüssen der zweiten und dritten Spannungssignale eingefügt ist, um den ersten und zweiten vorgegebenen Spannungen zu entsprechen, und eine Konstantstromschaltung, die zu den ersten und zweiten Widerständen in Reihe geschaltet ist, umfaßt.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine magnetische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, deren Ausrüstung umfaßt: eine Hysterese-Erzeugungsschaltung, die aus einem zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals und den Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung eingefügten Widerstand gebildet ist, eine Konstantstromschaltung, die zwischen ein Ende des Widerstands und Masse eingefügt ist, und eine Schaltschaltung, die zu der Konstantstromschaltung in Reihe geschaltet ist, wobei die Schaltschaltung von einem Ausgangssignal der Vergleicherschaltung geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal der Zone entspricht, in der der minimale Wert des zweiten Spannungssignals gehalten wird und sie den Spannungspegel des an die Vergleicherschaltung gelieferten ersten Spannungssignals auf ein Spannungssignal legt, das um eine dritte vorgegebene Spannung niedriger als das erste Spannungssignal ist, und die dritte vorgegebene Spannung auf einen Pegel gelegt wird, der niedriger als die zweite vorgegebene Spannung ist.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung ist eine magnetische Erfassungsvorrichtung vorgesehen, deren Ausrüstung umfaßt: eine Schaltschaltung, die zwischen den Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung und Masse eingefügt ist, und eine Entladeschaltung, die von einer Spannungsbegrenzungseinrichtung gebildet ist, die zu der Schaltschaltung in Reihe geschaltet ist; wobei die Schaltschaltung durch ein Ausgangssignal der Vergleicherschaltung geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal der Zone entspricht, in der der maximale Wert des dritten Spannungssignals gehalten wird.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtung der magnetischen Erfassungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch eine Konstantstromschaltung gebildet.

Die Spannungsbegrenzungseinrichtung der magnetischen Erfassungvorrichtung gemäß der Erfindung wird durch einen Widerstand gebildet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das den wesentlichen Abschnitt einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm, das Spannungssignale und Impulssignale zum Beschreiben des Betriebs der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Schaltbild, das den wesentlichen Abschnitt einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 eine Seitenansicht, die schematisch eine Drehungserfassungsvorrichtung als eine typische magnetische Erfassungsvorrichtung darstellt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die schematisch den inneren Aufbau des in Fig. 4 gezeigten magnetischen Erfassungskopfes darstellt;

Fig. 6 eine perspektivische vergrößerte Ansicht des wesentlichen Abschnitts der Rotationserfassungsvorrichtung aus Fig. 4;

Fig. 7 ein Schaltbild, das die Verbindung einer Brückenschaltung eines großen magnetoresistiven Elements, das in Fig. 6 gezeigt ist, zeigt;

Fig. 8 ein charakteristisches Diagramm, das die Änderungen in dem Widerstandswert eines typischen großen magnetoresistiven Elements bezüglich eines Magnetfelds darstellt;

Fig. 9 ein Wellenformdiagramm, das die von den jeweiligen Mittelpunkten der Brückenschaltung aus Fig. 7 ausgegebenen analogen Signale darstellt, die beobachtet werden, wenn der Spalt relativ zu dem Magnetkörper groß ist;

Fig. 10 ein Wellenformdiagramm, das die von den jeweiligen Mittelpunkten der Brückenschaltung aus Fig. 7 ausgegebenen analogen Signale darstellt, die beobachtet werden, wenn der Spalt relativ zu dem Magnetkörper klein ist;

Fig. 11 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Impulswellenform-Verarbeitungsbetriebs für ein typischen analoges Signal;

Fig. 12 ein Schaltbild, das ein Beispiel einer herkömmlichen Wellenformverarbeitungsschaltung darstellt;

Fig. 13 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Wellenformverarbeitungsbetriebs von der herkömmlichen Wellenformverarbeitungsschaltung;

Fig. 14 ein Wellenformdiagramm, das eine vergrößerte Ansicht des Bereichs zeigt, der von einer strichpunktierten Linie in Fig. 13 angedeutet wird;

Fig. 15 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Wellenformverarbeitungsbetriebs von einer herkömmlichen magnetischen Erfassungsvorrichtung, wenn der Amplitudenpegel eines analogen Signals niedrig ist; und

Fig. 16 ein Wellenformdiagramm zum Beschreiben des Wellenformverarbeitungsbetriebs von der herkömmlichen magnetischen Erfassungsvorrichtung, wenn die Frequenz des analogen Signals niedrig ist.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist ein Schaltbild, das den wesentlichen Abschnitt, nämlich eine Wellenformverarbeitungsschaltung, der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; die nichtgezeigte Konfiguration ist in Fig. 4 bis Fig. 6 dargestellt.

In Fig. 1 ist die gleiche Konfiguration wie diejenige, die vorangehend beschrieben wurde, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet und die Einzelheiten davon werden weggelassen.

In dieser Ausführungsform ist eine Verstärkerschaltung 1A aus einer zweistufigen Differenzverstärkerschaltung gebildet, die Operationsverstärker 31 und 32 umfaßt; sie verstärkt die DC-Gleichspannung und AC-Wechselspannung von analogen Signalen A1 und A2, die von einem großen magnetoresistiven Element 20 in Synchronisation zu der Bewegung eines magnetischen Körpers 100 empfangen werden (siehe Fig. 4).

Der Operationsverstärker 32 in der vorderen Stufe in der Verstärkerschaltung 1A verstärkt ein analoges Signal A2, das von einem Mittelpunkt 14b einer Brückenschaltung 14 ausgegeben wird, während der Operationsverstärker 31 in der hinteren Stufe, die an dem Ausgangsanschlußende der Verstärkerschaltung 1A positioniert ist, die Spannungsdifferenz zwischen dem analogen Signal A1 und dem analogen Signal A2 differentiell verstärkt und sie als ein Spannungssignal V1 ausgibt.

Eine Vergleicherschaltung 6A gibt ein Impulssignal P aus, das eine Wellenform-Verarbeitung erfahren hat, und ferner gibt sie ein Impulssignal PA aus, das eine entgegengesetzte Polarität zu derjenigen des Impulssignals P aufweist, und ein Impulssignal PB, das die gleiche Polarität wie diejenige des Impulssignals P aufweist.

Eine Pegelverschiebeschaltung 4A, die mit dem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung 1A verbunden ist, erzeugt ein Spannungssignal V1, das von der Verstärkerschaltung 1A ausgegeben wird, ein Spannungssignal V2, das um eine erste vorgegebene Spannung höher als das Spannungssignal V1 ist, und ein Spannungssignal V3, das um eine zweite vorgegebene Spannung niedriger als das erste Spannungssignal V1 ist.

Die Ausrüstung der Pegelverschiebeschaltung 4A umfaßt: einen Widerstand R1, der zwischen den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V1 und den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V2 eingefügt ist; einen Widerstand R2, der zwischen den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V1 und den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V3 eingefügt ist; eine Konstantstromschaltung 41, die zu dem Energieversorgungsende des Widerstands R1 in Reihe geschaltet ist; und eine Konstantstromschaltung 42, die zu dem Masseende des Widerstands R2 in Reihe geschaltet ist; sie liefert einen konstanten Strom I1 in Richtung auf die Masse hin, um die Pegel der jeweiligen Spannungssignale V1 bis V3 einzustellen.

Der Widerstand R1 entspricht dem Betrag der Spannungsverschiebung, nämlich der ersten vorgegebenen Spannung, zwischen den Spannungssignalen V1 und V2; und der Widerstand R2 entspricht dem Betrag der Spannungsverschiebung, nämlich der zweiten vorgegebenen Spannung, zwischen den Spannungssignalen V1 und V3.

Eine Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A, die periodisch eine Hysterese zu dem Spannungssignal V1 addiert, umfaßt: einen Widerstand R10, der zwischen den Ausgangsanschluß des Spannungssignals V1 und den nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+) einer Vergleicherschaltung 6A eingefügt ist; eine Konstantstromschaltung 43, die zwischen ein Ende des Widerstands R10 und Masse eingefügt ist; und eine Schaltschaltung, d. h. einen analogen Schalter, S1, die zu der Konstantstromschaltung 43 in Reihe geschaltet ist.

Die Schaltschaltung S1 wird durch ein Impulssignal PA, das der Zone entspricht, in der der minimale Wert des Spannungssignals V2 gehalten wird, geschlossen, d. h. EIN-geschaltet; sie liefert den konstanten Strom I2 in Richtung auf die Masse hin, um den Spannungspegel eines an die Vergleicherschaltung 6A angelegten Spannungssignals V1b auf einen Wert einzustellen, der um eine dritte vorgegebene Spannung, d. h. um eine Hysteresebreite, niedriger als das Spannungssignal V1 ist.

Die Hysteresebreite, d. h. die dritte vorgegebene Spannung, des Spannungssignals V1b wird auf einen Pegel eingestellt, der kleiner als die Spannungsdifferenz, d. h. die zweite vorgegebene Spannung, zwischen den Spannungssignalen V1 und V3 ist.

Somit gibt die Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A über ein Ende des Widerstands R10 das Spannungssignal V1b aus, das um die vorgegebene Spannung, d. h. um die Hysteresebreite, kleiner als das Spannungssignal V1 ist, wenn die Schaltschaltung S1 geschlossen ist.

Eine Spannungshalteschaltung 5A zum Erzeugen eines Referenzspannungssignals V4 umfaßt: einen Vergleicher 51, wobei das Spannungssignal V2 des maximalen Pegels an einen invertierenden Eingangsanschluß (-) angelegt wird; einen Vergleicher 52, wobei das Spannungssignal V3 des minimalen Pegels an einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (+) angelegt wird; einen Transistor T1, dessen Emitter mit Masse verbunden ist und der die Ausgangssignale des Vergleichers 51 als seine Basiseingänge verwendet; einen Transistor T2, der den Ausgangsanschluß des Vergleichers 52 als seine Basiseingänge und die Energieversorgung als seine Kollektoreingänge verwendet; und einen Kondensator C, der zwischen den Übergangspunkt der Transistoren T1 und T2 und Masse eingefügt ist.

Die Spannungshalteschaltung 5A hält alternierend die minimalen Werte des Spannungssignals V2 und die maximalen Werte des dritten Spannungssignals V3 an einem Ende des Kondensators C und legt sie als das Referenzspannungssignal V4 an den invertierenden Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 6A an.

Eine Entladeschaltung 13A zum Entladen eines Leckstroms I4 nach Masse umfaßt: eine Schaltschaltung, d. h. einen analogen Schalter, S2, der zwischen den Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung 5A, d. h. ein Ende des Kondensators C, und Masse eingefügt ist; und eine Konstantstromschaltung 44, die als eine Spannungsbegrenzungseinrichtung dient, die in Reihe zu der Schaltschaltung S2 geschaltet ist.

Die Schaltschaltung S2 in der Entladeschaltung 13A wird durch ein Impulssignal PB, das der Zone entspricht, in der der maximale Wert des Spannungssignals V3 gehalten wird, geschlossen, d. h. EIN-geschaltet; sie entlädt den Leckstrom I4 als konstanten Strom I3 an die Masse, um so zu verhindern, daß das Referenzspannungssignal V4 ansteigt, um dadurch das Referenzspannungssignal V4 ungefähr auf einem festen Wert zu halten.

Der Konstantstrom I3 wird auf einen extrem kleinen Stromwert entsprechend dem extrem kleinen Leckstrom I4 eingestellt; deshalb wird eine sehr kleine Schaltung für die Konstantstromschaltung 44 verwendet.

Somit vergleicht die Vergleicherschaltung 6A das über den Widerstand R10 in der Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A empfangene Spannungssignal V1b mit dem Referenzspannungssignal V4, von dem die Einflüsse des Leckstroms I4 über die Entladeschaltung 13A entfernt worden sind, und gibt das Impulssignal P aus.

Die Vergleicherschaltung 6A legt ferner das Impulssignal PA, das die entgegengesetzte Polarität zu derjenigen des Impulssignals P aufweist, an die Schaltschaltung S1 in der Hystereseschaltung 10A an und legt das Impulssignal PB, das die gleiche Polarität wie diejenige des Impulssignal P aufweist, an die Schaltschaltung S2 in der Entladeschaltung 13A an.

Bezug nehmend nun auf die in Fig. 2 gezeigten Wellenformen und auf die Fig. 4 bis Fig. 6 und Fig. 8 bis Fig. 10 wird der Betrieb der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Wenn der in Fig. 4 und Fig. 6 gezeigte magnetische Körper 100 sich in der Richtung des Pfeils dreht, werden zunächst die in Fig. 9 und Fig. 10 gezeigten analogen Signale A1 und A2 auf Grundlage der Größe des Spalts G an den Mittelpunkten 14a und 14b der Brückenschaltung 14 erzeugt.

Die analogen Signale A1 und A2 werden mit einem vorgegebenen Verstärkungsfaktor über die Operationsverstärker 31 und 32 in der Verstärkerschaltung 1A differentiell in eine Gleichspannung DC verstärkt, und sie werden als das Spannungssignal V1 von der Verstärkerschaltung 1A ausgegeben.

Dann wird das Spannungssignal V1 an die Pegelverschiebeschaltung 4A geführt; die Pegelverschiebeschaltung 4A gibt neue Spannungssignale V2 und V3 auf, die um eine bestimmte DC-Spannung oder eine vorgegebene Spannung, die durch das Produkt des konstanten Stroms I1, der von den Konstantstromschaltungen 41 und 42 erzeugt wird, und den Widerstandswerten der Widerstände R1 und R2 bestimmt wird, nach oben oder nach unten versetzt worden sind.

Somit werden drei verschiedene Spannungssignale, d. h. analoge Signale V1, V2 und V3, die sich nur in der DC-Komponente unterscheiden, in der Pegelverschiebeschaltung 4A erzeugt.

Als nächstes werden die Spannungssignale V2 und V3 an die Spannungshalteschaltung 5A angelegt, die alternierend den minimalen Wert des Spannungssignals V2 und den maximalen Wert des Spannungssignals V3 hält, wie voranstehend beschrieben.

Dies veranlaßt die Spannungshalteschaltung 5A, das Referenzspannungssignal V4 auszugeben, welches fast dem Spannungssignal V1 folgt, und sie legt dieses an den invertierenden Eingangsanschluß (-) der Vergleicherschaltung 6A an.

Die Vergleicherschaltung 6A vergleicht die Größe des Spannungssignals V1b, das sich aus einer Addition der Hysterese zu dem Spannungssignal V1 ergibt, mit der Amplitude des Referenzspannungssignals V4, und sie gibt das Impulssignal P aus, das auf hohe und niedrige Pegel digitalisiert worden ist.

Zu dieser Zeit wird in der Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A die Hysteresebreite des Spannungssignals V1b entsprechend dem Impulssignal PA, das zu dem Impulssignal P in der Phase invertiert ist und das von dem Vergleicher 6a empfangen wird, eingestellt.

Nur während sich das Impulssignal PA auf dem hohen Pegel befindet, d. h. nur während der Periode, in der der minimale Wert des Spannungssignals V2 gehalten wird, wird die Schaltschaltung S1 in der Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A geschlossen, d. h. EIN-geschaltet, um die Konstantstromquelle 43 zu betätigen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Wenn die Konstantstromquelle 43 betätigt wird, wird der konstante Strom I2 über den Widerstand R10 nach Masse gelassen. Dies bewirkt, daß das an die Vergleicherschaltung 6A angelegte Spannungssignal V1b auf den Spannungspegel eingestellt wird, der durch Verringern des Spannungssignals V1 um die vorgegebene DC-Spannung, die durch den konstanten Strom I2 und den Widerstandswert des Widerstands R10 bestimmt ist, erhalten wird.

Wenn das Impulssignal PA auf dem niedrigen Pegel ist, d. h. während der Periode, in der der maximale Wert des Spannungssignals V3 gehalten wird, wird die Schaltschaltung S1 in der Hystereseerzeugungsschaltung 10A geöffnet, d. h. ausgeschaltet; deshalb fließt der Konstantstrom I2 nicht und das Spannungssignal V1b liegt auf dem gleichen Spannungspegel wie das Spannungssignal V1.

Der Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung 5A ist mit der Entladeschaltung 13A versehen; die Entladeschaltung 13A wird im Ansprechen auf das Impulssignal PB angesteuert, das die gleiche Phase wie diejenige des Impulssignals P, das von dem Vergleicher 6A empfangen wird, aufweist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das Impulssignal PB auf dem niedrigen Pegel in der Periode, in der der minimale Wert des Spannungssignals V2 gehalten wird; es wird auf den hohen Pegel nur in der Periode geschaltet, in der der maximale Wert des Spannungssignals V3 gehalten wird, um die Schaltschaltung S2 in der Entladeschaltung 13A zu schließen oder EIN-zuschalten, um so die Konstantstromschaltung 44 zu aktivieren.

Während das Impulssignal PB sich auf dem niedrigen Pegel befindet, d. h. während der Periode, in der der minimale Wert des Spannungssignals V2 gehalten wird, wird die Schaltschaltung S2 geöffnet, d. h. AUS, und kein konstanter Strom I3 zum Entladen durch die Konstantstromschaltung 44 wird zum Fließen zugelassen; deshalb steigt das Referenzspannungssignal V4, das mit der gestrichelten Linie in Fig. 2 dargestellt ist, geringfügig nach dem Abfall des Impulssignals PB aufgrund der Ladung hauptsächlich durch den Leckstrom I4, der von der Vergleicherschaltung 6A erzeugt wird, an.

Während das Impulssignal PB sich auf dem hohen Pegel befindet, d. h. während der Periode, in der der maximale Wert des Spannungssignals V3 gehalten wird, wird die Schaltschaltung S2 geschlossen, d. h. EIN-geschaltet, um die Konstantstromschaltung 44 zu aktivieren, wobei der konstante Strom I3 veranlaßt wird, von dem Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung 5A nach Masse entladen zu werden.

Somit steigt das Referenzspannungssignal V4 aufgrund des Leckstroms I4 nicht an und wird fast auf einem konstanten Wert gehalten.

In Fig. 2 fällt das Referenzspannungssignal V4 nach dem Anstieg des Impulssignals PB aufgrund des konstanten Stroms I3 zum Entladen geringfügig ab; jedoch passiert dies während der Maximalwert-Halteperiode relativ zu dem Spannungssignal V3 des minimalen Pegels. Deshalb wird keine in Fig. 16 dargestellte Fehlfunktion auftreten und deshalb sollte sich kein Problem ergeben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ermöglicht die Verwendung der Pegelverschiebeschaltung 4A, die die Widerstände R1 und R2 kombiniert, und der Konstantstromschaltungen 41 und 42, den Pegelverschiebebetrag zu allen Zeiten auf einem festen Wert zu halten, anstelle von der Pegelumschaltung der analogen Signale A1 und A2 beeinflußt zu werden, was insbesondere für einen Fall auffällig ist, bei dem das große magnetoresistive Element 20 verwendet wird. Dies erlaubt, daß durch die Digitalisierungsverarbeitung auf Grundlage von geeigneten Spannungsverschiebebeträgen ein höchstgenaues Impulssignal P erhalten wird.

Ferner hält die Verwendung der Hysterese-Erzeugungsschaltung 10A, die den Widerstand R10 und die Konstantstromschaltung 43 kombiniert, die Hysterese auf dem festen Wert, wodurch ermöglicht wird, durch eine genaue Digitalisierungsverarbeitung ein höchstgenaues Impulssignal P zu erhalten.

Da der Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung 5A mit der Entladeschaltung 13A versehen ist, können die Einflüsse des Leckstroms I4 von der Vergleicherschaltung 6A unterdrückt werden, um das Referenzspannungssignal V4 zu halten, selbst wenn die Frequenzen der analogen Signale A1 und A2 niedrig sind. Dies ermöglicht, daß die Enden des vorstehenden Abschnitts 100a unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des magnetischen Körpers 100 positiv erfaßt werden.

Somit kann ein höchstgenaues Impulssignal P auf Grundlage einer genauen Wellenformverarbeitung erhalten werden, einschließlich für den Fall, bei dem der magnetische Körper 100 in Ruhe ist.

Da ferner die Konstantstromschaltung 44 als die Spannungsbegrenzungseinrichtung zum Entladen des sehr kleinen Leckstroms I4 verwendet wird, kann die Stromkapazität der Konstantstromschaltung 44 klein sein, was eine verringerte Größe der Entladeschaltung 13A erlaubt.

Zweite Ausführungsform

In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform ist die Konstantstromschaltung 44 als die Spannungsbegrenzungseinrichtung zum Beschränken des Spannungsanstiegs des Referenzspannungssignals V4 verwendet worden; jedoch kann anstelle davon ein Widerstand mit einem hohen Widerstandswert verwendet werden.

Fig. 3 ist ein Schaltbild, das die Wellenformverarbeitungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Widerstand als die Spannungsbegrenzungseinrichtung in der Entladeschaltung verwendet wird.

Die zweite Ausführungsform ist identisch zu der voranstehend beschriebenen ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß ein Widerstand R20 anstelle der Konstantstromschaltung 44, die in Fig. 1 gezeigt ist, in die Entladeschaltung 13B in der Fig. 3 eingefügt ist.

In diesem Fall wird der Widerstandswert des Widerstands R20, der zu der Schaltschaltung S2 in Reihe geschaltet ist, zum Beispiel auf 1 MΩ oder größer eingestellt, um so in geeigneter Weise einen sehr kleinen Leckstrom I4 nach Masse abzuleiten bzw. zu entladen.

Sogar wenn die Drehgeschwindigkeit des magnetischen Körpers 100, der in Fig. 4 gezeigt ist, und die Frequenzen der analogen Signale A1 und A2 niedrig sind, kann somit der Anstieg des Referenzspannungssignals V4, der von dem Leckstrom I4 verursacht wird, gesteuert werden, um so ein genaues Impulssignal P wie in der ersten Ausführungsform auszugeben.

Wenn der Widerstand R20 verwendet wird, wie in Fig. 3 gezeigt, können verringerte Kosten der Vorrichtung erreicht werden, weil der Widerstand im Gegensatz zu der voranstehend erwähnten Konstantstromschaltung 44 billiger ist, obwohl die Vorrichtung unweigerlich größer wird, da es erforderlich ist, daß der Widerstand einen hohen Widerstandswert bereitstellt.

In den oben angegebenen Ausführungsformen ist die Drehungserfassungsvorrichtung 101 als das Beispiel angeführt worden; jedoch ist der magnetische Körper 100 nicht auf einen Drehkörper beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf eine magnetische Erfassungsvorrichtung angewendet werden, die für die Erfassung von irgendwelchen anderen sich bewegenden magnetischen Körpern vorgesehen ist, um die gleichen Betriebsvorgänge und Vorteile zu erhalten.

Somit umfaßt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Ausrüstung der magnetischen Erfassungsvorrichtung: ein großes magnetoresistives Element, das gegenüberliegend einem magnetischen Körper angeordnet ist, einen Magneten zum Anlegen eines Vorpolungs-Magnetfelds an das große magnetoresistive Element und eine Wellenformverarbeitungsschaltung zur Wellenformung eines analogen Signals, das von dem großen magnetoresistiven Element ausgegeben wird, wenn sich der magnetische Körper dreht, in ein Impulssignal; wobei die Wellenformverarbeitungsschaltung eine Verstärkerschaltung zum Verstärken des von dem großen magnetoresistiven Element erhaltenen analogen Signals in Synchronisation zu der Bewegung des magnetischen Körpers; eine Pegelverschiebeschaltung, die mit einem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung verbunden ist und die ein erstes Spannungssignal, das von der Verstärkerschaltung ausgegeben wird, ein zweites Spannungssignal, das um eine erste vorgegebene Spannung höher als das erste Spannungssignal ist, und ein drittes Spannungssignal, das um eine zweite vorgegebene Spannung niedriger als das erste Spannungssignal ist, erzeugt; eine Spannungshalteschaltung, die alternierend den minimalen Wert des zweiten Spannungssignals und den maximalen Wert des dritten Spannungssignals an ein Referenzspannungssignal hält; und eine Vergleicherschaltung, die das erste Spannungssignal mit dem Referenzspannungssignal vergleicht und ein Impulssignal ausgibt; wobei die Pegelverschiebeschaltung gebildet ist aus ersten und zweiten Widerständen, die jeweils so eingefügt sind, daß sie den ersten und zweiten vorgegebenen Spannungen zwischen dem Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals und den Ausgangsanschlüssen der zweiten und dritten Spannungssignale entsprechen, und eine Konstantstromschaltung, die zu den ersten und zweiten Widerständen in Reihe geschaltet ist, umfaßt. Somit ist die Spannungsverschiebung der Pegelverschiebeschaltung unabhängig von den Pegeln der analogen Signale fest, um so eine magnetische Erfassungsvorrichtung zu erreichen, die eine genaue Wellenformverarbeitung ausführen kann, ohne von Rauschsignalen oder dergleichen beeinflußt zu werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Ausrüstung der magnetischen Erfassungsvorrichtung: eine Hysterese-Erzeugungsschaltung, die gebildet ist aus einem Widerstand, der zwischen dem Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals und den Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung geschaltet ist, einer Konstantstromschaltung, die zwischen ein Ende des Widerstands und Masse eingefügt ist, und einer Schaltschaltung, die zu der Konstantstromschaltung in Reihe geschaltet ist; wobei die Schaltschaltung von einem Ausgangssignal der Vergleicherschaltung geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal der Zone entspricht, in der der minimale Wert des zweiten Spannungssignals gehalten wird, und sie legt den Spannungspegel des an die Vergleicherschaltung angelegten ersten Spannungssignals auf ein Spannungssignal, das um eine dritte vorgegebene Spannung niedriger als das erste Spannungssignal ist, und die dritte vorgegebene Spannung wird auf einen niedrigeren Pegel als die zweite vorgegebene Spannung eingestellt. Dies ermöglicht, daß die Hysteresebreite in der Hysterese-Erzeugungsschaltung fest ist, wodurch eine magnetische Erfassungsvorrichtung erhalten wird, die eine genaue Wellenformverarbeitung ausführen kann.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Ausrüstung der voranstehend erwähnten magnetischen Erfassungsvorrichtung: eine Schaltschaltung, die zwischen den Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung und Masse eingefügt ist, und eine Entladeschaltung, die von einer Spannungsbegrenzungseinrichtung gebildet wird, die zu der Schaltschaltung in Reihe geschaltet ist; wobei die Schaltschaltung von einem Ausgangssignal der Verstärkerschaltung geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal der Zone entspricht, in der der maximale Wert des dritten Spannungssignals gehalten wird. Deshalb können die Einflüsse, die von dem Leckstrom von der Vergleicherschaltung ausgeübt werden, unterdrückt werden, was ermöglicht, eine magnetische Erfassungsvorrichtung zu erhalten, die eine genaue Wellenformverarbeitung selbst für analoge Signale mit niedrigen Frequenzen ausführen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsbegrenzungseinrichtung durch die Konstantstromschaltung gebildet; deshalb kann eine magnetische Erfassungsvorrichtung mit einer kleineren Entladeschaltung erhalten werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannungsbegrenzungseinrichtung durch den Widerstand gebildet; deshalb können verringerte Kosten einer magnetischen Erfassungsvorrichtung erhalten werden.

Claims (5)

1. Magnetische Erfassungsvorrichtung, umfassend:
ein großes magnetoresistives Element (20, 20a-20d), das einem magnetischen Körper gegenüberliegend angeordnet ist;
einen Magneten (103) zum Anlegen eines Vorpolungs-Magnetfelds an das große magnetoresistive Element (20); und
eine Wellenformverarbeitungsschaltung zur Wellenformung eines analogen Signals (A1, A2), das von dem großen magnetoresistiven Element (20) ausgegeben wird, wenn sich der magnetische Körper (100) bewegt, in ein Impulssignal (P, PA, PB);
wobei die Wellenformverarbeitungsschaltung umfaßt:
eine Verstärkerschaltung (1A) zum Verstärken des analogen Signals (A1, A2), das von dem großen magnetoresistiven Element (20) erhalten wird, in Synchronisation zu der Bewegung des magnetischen Körpers (100);
eine Pegelverschiebeschaltung (4A), die mit einem Ausgangsanschluß der Verstärkerschaltung (1A) verbunden ist und die ein erstes Spannungssignal (V1), das von der Verstärkerschaltung (1A) ausgegeben wird, ein zweites Spannungssignal (V2), das um eine erste vorgegebene Spannung höher als das erste Spannungssignal (V1) ist, und ein drittes Spannungssignal (V3), das um eine zweite vorgegebene Spannung niedriger als das erste Spannungssignal (V1) ist, erzeugt;
eine Spannungshalteschaltung (5A), die alternierend den minimalen Wert des zweiten Spannungssignals (V2) und den maximalen Wert des dritten Spannungssignals (V3) als ein Referenzspannungssignal (V4) hält; und
eine Vergleicherschaltung (6A), die das erste Spannungssignal (V1b) mit dem Referenzspannungssignal (V4) vergleicht und ein Impulssignal (P, PA, PB) ausgibt;
wobei die Pegelverschiebeschaltung (4A) aus ersten und zweiten Widerständen (R1, R2) gebildet wird, die jeweils zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals (V1) und die Ausgangsanschlüsse der zweiten und dritten Spannungssignale (V2, V3) eingefügt sind, so daß sie den ersten und zweiten vorgegebenen Spannungen entsprechen, und
eine Konstantstromschaltung (41, 42), die zu den ersten und zweiten Widerständen (R1, R2) in Reihe geschaltet ist.

2. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Hysterese-Erzeugungsschaltung (10A), die gebildet ist aus:
einem Widerstand (R10), der zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Spannungssignals (V1) und den Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung (6A) eingefügt ist;
einer Konstantstromschaltung (43) die zwischen ein Ende des Widerstands (R10) und Masse eingefügt ist; und
einer Schaltschaltung (S1), die zu der Konstantstromschaltung (43) in Reihe geschaltet ist;
wobei die Schaltschaltung (S1) von einem Ausgangssignal (PA) der Vergleicherschaltung (6A) geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal (PA) einer Zone entspricht, in der minimale Wert des zweiten Spannungssignals (V2) gehalten wird, und sie den Spannungspegel des an die Vergleicherschaltung (6A) geführten ersten Spannungssignals (V1b) auf ein Spannungssignal einstellt, welches um eine dritte vorgegebene Spannung kleiner als das erste Spannungssignal (V1) ist; und
die dritte vorgegebene Spannung auf einen Pegel eingestellt wird, der niedriger als die zweite vorgegebene Spannung ist.

3. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend:
eine Schaltschaltung (S2), die zwischen den Ausgangsanschluß der Spannungshalteschaltung (5A) und Masse eingefügt ist; und
eine Entladeschaltung (13A), die von einer Spannungsbegrenzungseinrichtung gebildet wird, die zu der Schaltschaltung (S2) in Reihe geschaltet ist;
wobei die Schaltschaltung (S2) durch ein Ausgangssignal (PB) der Vergleicherschaltung (6A) geschlossen wird, wobei dieses Ausgangssignal (PB) einer Zone entspricht, in der der maximale Wert des dritten Spannungssignals (V3) gehalten wird.

4. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung durch eine Konstantstromschaltung (44) gebildet wird.

5. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungseinrichtung durch einen Widerstand (R20) gebildet wird.