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JP2015184120A - current sensor - Google Patents

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JP2015184120A
JP2015184120A JP2014060265A JP2014060265A JP2015184120A JP 2015184120 A JP2015184120 A JP 2015184120A JP 2014060265 A JP2014060265 A JP 2014060265A JP 2014060265 A JP2014060265 A JP 2014060265A JP 2015184120 A JP2015184120 A JP 2015184120A
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JP
Japan
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current
measured
bit
sensor
magnetic field
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014060265A
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Japanese (ja)
Inventor
中木村 清
Kiyoshi Nakakimura
清 中木村
吉田 幸久
Yukihisa Yoshida
幸久 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current sensor with improved response performance capable of acquiring current to be measured as a binary digit data.SOLUTION: The current sensor 8 includes: plural one bit sensors 5a-5h; and a detection section (calculation processing section 9). The one bit sensors 5a-5h outputs a value either one of 2 values. The detection section (calculation processing section 9) detects a current I to be measured based on the output from the plural one bit sensors 5a-5h. The detection section (calculation processing section 9) receives the output from the plural 1 bit sensors as a binary digit data to detect the current I to be measured.

Description

本発明は、電流センサに関し、特に、磁気抵抗素子を利用する電流センサに関する。   The present invention relates to a current sensor, and more particularly, to a current sensor using a magnetoresistive element.

幾つかの電流センサでは、測定対象の電流(被測定電流)に応じた電圧が、アナログ信号として取得される。取得されたアナログ電圧を利用して、被測定電流の大きさなどが測定される。   In some current sensors, a voltage corresponding to a current to be measured (current to be measured) is acquired as an analog signal. Using the acquired analog voltage, the magnitude of the current to be measured is measured.

たとえば、特開2008−164449号公報は、取得されたアナログ信号と三角波とを比較して、アナログ信号を、PWM(Pulse Width Modulation)信号に変換する電流センサを提案する。この電流センサによれば、アナログ信号は、パルス幅情報に変換されてディジタル的に伝送されるため、たとえばノイズの影響が抑制され得る。   For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-164449 proposes a current sensor that compares an acquired analog signal with a triangular wave and converts the analog signal into a PWM (Pulse Width Modulation) signal. According to this current sensor, the analog signal is converted into pulse width information and transmitted digitally, so that, for example, the influence of noise can be suppressed.

特開2008−164449号公報JP 2008-164449 A

特開2008−164449号公報が提案する技術によれば、三角波を発生させるための三角波発生器、および、アナログ信号と三角波とを比較するための比較器などが必要である。そのため、部品点数が多くなり、たとえばコストが掛かる。   According to the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-164449, a triangular wave generator for generating a triangular wave and a comparator for comparing an analog signal with a triangular wave are required. For this reason, the number of parts increases, and for example, costs increase.

また、三角波との比較によってアナログ信号をPWM信号に変換するため、その変換処理に、三角波の周期よりも長い時間が必要になる。その結果、電流センサの応答時間を短くすること、すなわち電流センサの応答性を向上させることが困難である。   Further, since an analog signal is converted into a PWM signal by comparison with a triangular wave, the conversion process requires a longer time than the period of the triangular wave. As a result, it is difficult to shorten the response time of the current sensor, that is, to improve the responsiveness of the current sensor.

また、電流センサにおいて演算処理を行ないたい場合、2進数データを扱う必要がある。そのため、アナログ信号またはPWM信号を、2進数データに変換するための回路などが別途必要になる。そのような変換処理に要する時間によっても、電流センサの応答性が損なわれる。   In addition, when it is desired to perform arithmetic processing in the current sensor, it is necessary to handle binary data. For this reason, a circuit for converting an analog signal or a PWM signal into binary data is required separately. The responsiveness of the current sensor is also impaired by the time required for such conversion processing.

本発明の目的は、被測定電流を2進数データとして取得しつつ、応答性能が向上された電流センサを提供することである。   An object of the present invention is to provide a current sensor with improved response performance while acquiring a current to be measured as binary data.

本発明は、ある局面において、複数の1ビットセンサと、検出部とを備える電流センサである。1ビットセンサは、2値のいずれか一方の値を出力する。検出部は、複数の1ビットセンサの出力に基づいて被測定電流を検出する。1ビットセンサは、磁気抵抗素子と、変換部とを含む。磁気抵抗素子は、被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる。変換部は、磁気抵抗素子の2通りの抵抗値を2値に変換する。検出部は、複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして受けて被測定電流を検出する。   In one aspect, the present invention is a current sensor including a plurality of 1-bit sensors and a detection unit. The 1-bit sensor outputs one of two values. The detection unit detects the current to be measured based on the outputs of the plurality of 1-bit sensors. The 1-bit sensor includes a magnetoresistive element and a conversion unit. The resistance value of the magnetoresistive element is switched according to the magnetic field generated by the current to be measured. The conversion unit converts the two resistance values of the magnetoresistive element into binary values. The detection unit receives the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data and detects the current to be measured.

上記構成の電流センサでは、1ビットセンサの磁気抵抗素子の抵抗値が、被測定電流によって切替えられる。複数の1ビットセンサが被測定電流に対して適切に配置されることによって、被測定電流のたとえば大きさに応じて、幾つかの1ビットセンサの磁気抵抗素子がたとえば比較的大きな抵抗値を有するように切替わり、その他の1ビットセンサの磁気抵抗素子がたとえば比較的小さな抵抗値を有するように切替わる。たとえば、比較的大きな抵抗値は、変換部によって2値の一方の値に変換され、比較的小さな抵抗値は、変換部によって2値の他方の値に変換される。その結果、被測定電流に応じて、幾つかの1ビットセンサは一方の値を出力し、その他の1ビットセンサは他方の値を出力する。それらの1ビットセンサの出力が検出部によって2進数データとして扱われることにより、被測定電流が2進数として取得される。すなわち、上記構成の電流センサでは、1ビットセンサによって、被測定電流が直接(ダイレクトに)2進数データに変換されて出力される。   In the current sensor configured as described above, the resistance value of the magnetoresistive element of the 1-bit sensor is switched by the current to be measured. By appropriately arranging a plurality of 1-bit sensors with respect to the current to be measured, the magnetoresistive elements of some 1-bit sensors have a relatively large resistance value, for example, depending on, for example, the magnitude of the current to be measured. The other magnetoresistive elements of the 1-bit sensor are switched so as to have a relatively small resistance value, for example. For example, a relatively large resistance value is converted into one of two values by the conversion unit, and a relatively small resistance value is converted into the other value of the two values by the conversion unit. As a result, depending on the current to be measured, some 1-bit sensors output one value and the other 1-bit sensors output the other value. The output of these 1-bit sensors is handled as binary data by the detection unit, whereby the current to be measured is acquired as a binary number. That is, in the current sensor configured as described above, the current to be measured is directly converted into binary data and output by the 1-bit sensor.

本発明は、他の局面において、検出部に代えて出力端子を備えていてもよい。出力端子は、複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして電流センサの外部に出力するために用いられる。出力端子から出力された2進数データは、たとえば被測定電流の大きさを示すデータとして利用できる。   In another aspect, the present invention may include an output terminal instead of the detection unit. The output terminal is used to output the outputs of a plurality of 1-bit sensors as binary data to the outside of the current sensor. The binary data output from the output terminal can be used as data indicating the magnitude of the current to be measured, for example.

本発明によれば、被測定電流を2進数データとして取得しつつ、応答性能が向上された電流センサが提供される。   According to the present invention, a current sensor having improved response performance while acquiring a current to be measured as binary data is provided.

電流センサの概要を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the outline | summary of a current sensor. 電流センサの概要を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the outline | summary of a current sensor. TMR素子の概略構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure of a TMR element. 1ビットセンサの構成および動作を説明するための第1の図である。It is the 1st figure for explaining composition and operation of a 1 bit sensor. 1ビットセンサの構成および動作を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating a structure and operation | movement of a 1 bit sensor. 実施の形態1に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a current sensor according to Embodiment 1. FIG. 図6における1ビットセンサ1a〜1hの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of the 1-bit sensors 1a-1h in FIG. 電流センサ8の測定レディ状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement ready state of the current sensor. 電流センサ8の測定状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement state of the current sensor. 実施の形態2に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。5 is a diagram for explaining a schematic configuration of a current sensor according to Embodiment 2. FIG. 図10における1ビットセンサ1a〜1pの配置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating arrangement | positioning of 1 bit sensor 1a-1p in FIG. 電流センサ16の測定レディ状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement ready state of the current sensor. 電流センサ16の測定状態を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the measurement state of the current sensor. 電流センサ16の測定状態を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the measurement state of the current sensor. 実施の形態3に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。10 is a diagram for explaining a schematic configuration of a current sensor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a schematic configuration of a current sensor according to a fourth embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[電流センサの概要]
図1は、電流センサの概要を説明するための第1の図である。電流センサ8Aは、導電線10を流れる電流I(以後、「被測定電流I」という場合もある)を測定するために使用される。
[Outline of current sensor]
FIG. 1 is a first diagram for explaining an outline of a current sensor. The current sensor 8A is used to measure a current I flowing through the conductive wire 10 (hereinafter also referred to as “measured current I”).

図1を参照して、電流センサ8Aは、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6と、演算処理部9とを含む。   Referring to FIG. 1, current sensor 8 </ b> A includes 1-bit sensors 5 a to 5 h, current source 6, and arithmetic processing unit 9.

電流センサ8Aは、たとえばクランプ60によって、導電線10に固定される。これにより、被測定電流Iと電流センサ8Aとの位置関係が固定される。位置関係の固定には、クランプ60以外の手段が用いられてもよい。また、電流センサ8Aは、たとえばケーブル70によって、電流センサ8Aの外部の機器、たとえばオシロスコープなどに接続される。   Current sensor 8A is fixed to conductive wire 10 by clamp 60, for example. Thereby, the positional relationship between the measured current I and the current sensor 8A is fixed. Means other than the clamp 60 may be used to fix the positional relationship. The current sensor 8A is connected to a device outside the current sensor 8A, for example, an oscilloscope, for example, by a cable 70.

1ビットセンサ5a〜5hの各々は、2値(たとえば2通りの電圧値)のいずれか一方の値を出力する。1ビットセンサ5a〜5hの各々の出力は、出力端子4a〜4hにそれぞれ出力される。出力端子4a〜4hは、演算処理部9に接続される。1ビットセンサ5a〜5hの出力は、演算処理部9に入力される。   Each of the 1-bit sensors 5a to 5h outputs one of two values (for example, two voltage values). The outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are output to the output terminals 4a to 4h, respectively. The output terminals 4 a to 4 h are connected to the arithmetic processing unit 9. Outputs of the 1-bit sensors 5 a to 5 h are input to the arithmetic processing unit 9.

電流源6は、たとえば1ビットセンサ5a〜5hの出力の初期化(後述)などに用いられる。   The current source 6 is used for initialization (described later) of the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h, for example.

演算処理部9は、1ビットセンサ5a〜5hの出力に基づいて被測定電流を検出する。演算処理部9は、1ビットセンサ5a〜5hの出力を全体として2進数データとして受ける。演算処理部9は、2進数データに基づいて被測定電流Iを検出する。これにより、電流センサ8Aは、被測定電流Iを測定する。   The arithmetic processing unit 9 detects the current to be measured based on the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h. The arithmetic processing unit 9 receives the output of the 1-bit sensors 5a to 5h as binary data as a whole. The arithmetic processing unit 9 detects the measured current I based on the binary data. Thereby, the current sensor 8A measures the current I to be measured.

図2は、電流センサの概要を説明するための第2の図である。電流センサ8Bも、図1に示す電流センサ8Aと同様に、被測定電流Iを測定するために使用される。   FIG. 2 is a second diagram for explaining the outline of the current sensor. The current sensor 8B is also used to measure the current I to be measured, similarly to the current sensor 8A shown in FIG.

図2に示す電流センサ8Bは、図1に示す電流センサ8Aとは、特に、演算処理部9を含まず、出力コネクタ80を含む点で異なる。   The current sensor 8B shown in FIG. 2 differs from the current sensor 8A shown in FIG. 1 in that the arithmetic processing unit 9 is not included and the output connector 80 is included.

図2において、出力端子4a〜4hからの各々の出力は、ビットデータSa〜Shとしてそれぞれ示される。ビットデータSa〜Shの各々は、図示しない配線などを介して、出力コネクタ80に送信される。出力コネクタ80は、1ビットセンサ5a〜5hの出力を全体として2進数データとして、電流センサ8Bの外部に出力するために用いられる。出力コネクタ80から出力される2進数データは、たとえば、外部の機器に送られて、被測定電流Iの大きさを示すデータとして利用される。外部の機器は、たとえば、図1に示す演算処理部9と同様の機能を含むように構成される。   In FIG. 2, the outputs from the output terminals 4a to 4h are shown as bit data Sa to Sh, respectively. Each of the bit data Sa to Sh is transmitted to the output connector 80 via a wiring or the like (not shown). The output connector 80 is used to output the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h as binary data as a whole to the outside of the current sensor 8B. The binary number data output from the output connector 80 is sent to an external device, for example, and used as data indicating the magnitude of the current I to be measured. The external device is configured to include a function similar to that of the arithmetic processing unit 9 illustrated in FIG. 1, for example.

1ビットセンサ(図1の1ビットセンサ5a〜5hなど)は、次に図3〜図5を参照して説明するように、磁気抵抗素子と、変換部とを含んで構成される。   The 1-bit sensor (such as the 1-bit sensors 5a to 5h in FIG. 1) includes a magnetoresistive element and a conversion unit, as will be described with reference to FIGS.

[磁気抵抗素子の例]
一例として、磁気抵抗素子には、トンネル磁気抵抗(TMR:Tunneling Magneto Resistance)素子が採用される。
[Example of magnetoresistive element]
As an example, a tunneling magnetoresistive (TMR) element is employed as the magnetoresistive element.

図3は、TMR素子の概略構成を説明するための図である。図3に示すように、TMR素子1は、固定層PL(Pinned Layer)と、自由層FL(Free Layer)と、絶縁膜DB(Dielectric Barrier)とを含む。   FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of the TMR element. As shown in FIG. 3, the TMR element 1 includes a fixed layer PL (Pinned Layer), a free layer FL (Free Layer), and an insulating film DB (Dielectric Barrier).

自由層FLは、強磁性体によって構成されており、磁化されている。図3に示す矢印は、磁化の方向を概念的に示す。自由層FLの磁化は、外部磁界、たとえば図1に示す被測定電流Iによって生じる磁界によって変化する(反転する)。固定層PLは、強磁性体によって構成されており、磁化されている。固定層PLの磁化は、外部磁界によって変化しない(固定される)。絶縁膜DBは、固定層PLと自由層FLとを絶縁する。   The free layer FL is made of a ferromagnetic material and is magnetized. The arrows shown in FIG. 3 conceptually indicate the direction of magnetization. The magnetization of the free layer FL changes (inverts) by an external magnetic field, for example, a magnetic field generated by the current I to be measured shown in FIG. The fixed layer PL is made of a ferromagnetic material and is magnetized. The magnetization of the fixed layer PL is not changed (fixed) by the external magnetic field. The insulating film DB insulates the fixed layer PL and the free layer FL.

TMR素子1は、抵抗値を有する。自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ同方向とされると、抵抗値は最小になる。自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ逆方向とされると、抵抗値は最大になる。自由層FLの磁化方向は、TMR素子1が置かれる磁場に依存する。たとえば、図1に示す被測定電流Iによって生じる磁界に応じて、自由層FLの磁化方向が決定され、TMR素子1の抵抗値が切替わる。   The TMR element 1 has a resistance value. When the magnetization direction of the free layer FL is parallel and the same as the magnetization direction of the fixed layer PL, the resistance value is minimized. When the magnetization direction of the free layer FL is parallel and opposite to the magnetization direction of the fixed layer PL, the resistance value is maximized. The magnetization direction of the free layer FL depends on the magnetic field in which the TMR element 1 is placed. For example, the magnetization direction of the free layer FL is determined according to the magnetic field generated by the measured current I shown in FIG. 1, and the resistance value of the TMR element 1 is switched.

以上は磁気抵抗素子にTMR素子を用いる場合について説明したが、TMR素子でなくとも、TMR素子と同様の特性を持つ素子であれば、磁気抵抗素子として用いることができる。   Although the case where a TMR element is used as the magnetoresistive element has been described above, an element having the same characteristics as the TMR element can be used as a magnetoresistive element, even if it is not a TMR element.

[1ビットセンサの構成例]
図4は、1ビットセンサの構成および動作を説明するための図である。1ビットセンサ5は、TMR素子1と、抵抗2と、コンパレータ3と、出力端子4とを含む。抵抗2およびコンパレータ3は、TMR素子1の抵抗値を2値のいずれか一方の値に変換する変換部を構成する。
[Configuration example of 1-bit sensor]
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration and operation of the 1-bit sensor. The 1-bit sensor 5 includes a TMR element 1, a resistor 2, a comparator 3, and an output terminal 4. The resistor 2 and the comparator 3 constitute a conversion unit that converts the resistance value of the TMR element 1 into one of two values.

TMR素子1の一方端(たとえば固定層PL側)は、グランド(GND)に接続される。TMR素子1の他方端(たとえば自由層FL側)は、ノード15に接続される。   One end (for example, the fixed layer PL side) of the TMR element 1 is connected to the ground (GND). The other end of TMR element 1 (for example, the free layer FL side) is connected to node 15.

抵抗2の一方端は、ノード15に接続される。抵抗2の他方端は、電源端子Tに接続される。   One end of the resistor 2 is connected to the node 15. The other end of the resistor 2 is connected to the power supply terminal T.

コンパレータ3の一方の入力端は、ノード15に接続される。コンパレータ3の他方の入力端には、基準電位Vrefが与えられる。コンパレータ3の出力端は、出力端子4に接続される。コンパレータ3の出力端と、出力端子4との間には、他の回路(フィルタなど)が設けられてもよい。   One input terminal of the comparator 3 is connected to the node 15. A reference potential Vref is applied to the other input terminal of the comparator 3. The output terminal of the comparator 3 is connected to the output terminal 4. Another circuit (such as a filter) may be provided between the output terminal of the comparator 3 and the output terminal 4.

電源端子Tには電源電圧が与えられる。ノード15には、TMR素子1および抵抗2によって分圧された電圧(ノード電圧)が発生する。TMR素子1の抵抗値が小さいと、ノード電圧は小さくなる。TMR素子1の抵抗が大きいと、ノード電圧は大きくなる。ノード電圧は、コンパレータ3によって、基準電位Vrefと比較される。たとえば、ノード電圧が基準電位Vref以上の場合、コンパレータ3はロー電圧を出力し、ノード電圧が基準電位Vref未満の場合、コンパレータ3はハイ電圧を出力する。あるいは、ノード電圧が基準電位Vref以上の場合、コンパレータ3はハイ電圧を出力し、ノード電圧が基準電位Vref未満の場合、コンパレータ3はロー電圧を出力してもよい。ロー電圧は、たとえばグランド(GND)電位あるいはそれに近い電位に設定される。ハイ電圧は、ロー電圧よりも高い電圧とされる。ハイ電圧とロー電圧は、たとえば図1に示す演算処理部9によって区別される程度に異なっていればよい。ハイ電圧とロー電圧は、「0」および「1」のビットデータに対応する。たとえば、ハイ電圧はビットデータ「1」に対応し、ロー電圧はビットデータ「0」に対応する。   A power supply voltage is applied to the power supply terminal T. A voltage (node voltage) divided by the TMR element 1 and the resistor 2 is generated at the node 15. When the resistance value of the TMR element 1 is small, the node voltage is small. When the resistance of the TMR element 1 is large, the node voltage increases. The node voltage is compared with the reference potential Vref by the comparator 3. For example, when the node voltage is equal to or higher than the reference potential Vref, the comparator 3 outputs a low voltage, and when the node voltage is lower than the reference potential Vref, the comparator 3 outputs a high voltage. Alternatively, when the node voltage is equal to or higher than the reference potential Vref, the comparator 3 may output a high voltage, and when the node voltage is lower than the reference potential Vref, the comparator 3 may output a low voltage. The low voltage is set to, for example, a ground (GND) potential or a potential close thereto. The high voltage is higher than the low voltage. The high voltage and the low voltage need only be different from each other, for example, by the arithmetic processing unit 9 shown in FIG. The high voltage and the low voltage correspond to bit data of “0” and “1”. For example, the high voltage corresponds to the bit data “1”, and the low voltage corresponds to the bit data “0”.

図4に示す例では、自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ同方向とされている。そのため、TMR素子1の抵抗値は小さく、1ビットセンサは「1」を出力する。   In the example shown in FIG. 4, the magnetization direction of the free layer FL is parallel to and the same direction as the magnetization direction of the fixed layer PL. Therefore, the resistance value of the TMR element 1 is small, and the 1-bit sensor outputs “1”.

これに対し、図5に示す例では、自由層FLの磁化方向が、固定層PLの磁化方向と平行かつ反対方向とされている。そのため、TMR素子の抵抗値は大きく、1ビットセンサは「0」を出力する。   On the other hand, in the example shown in FIG. 5, the magnetization direction of the free layer FL is parallel to and opposite to the magnetization direction of the fixed layer PL. Therefore, the resistance value of the TMR element is large and the 1-bit sensor outputs “0”.

[実施の形態1]
図6は、実施の形態1に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。
[Embodiment 1]
FIG. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the first embodiment.

図6を参照して、電流センサ8は、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6と、電流線7とを含む。1ビットセンサ5a〜5hの各々は、TMR素子1a〜1hおよび出力端子4a〜4hをそれぞれ含む。   Referring to FIG. 6, current sensor 8 includes 1-bit sensors 5 a to 5 h, current source 6, and current line 7. Each of 1-bit sensors 5a to 5h includes TMR elements 1a to 1h and output terminals 4a to 4h.

導電線10には、被測定電流Iが流れる。1ビットセンサ5a〜5hは、被測定電流I(すなわち、導電線10)から遠ざかる方向に沿って配置される。   A current I to be measured flows through the conductive wire 10. The 1-bit sensors 5a to 5h are arranged along a direction away from the measured current I (that is, the conductive wire 10).

電流源6は、初期状態電流を電流線7に供給する。初期状態電流は、TMR素子1a〜1hの抵抗値を初期状態とする(初期化する)。具体的には、初期状態電流によって発生する磁界によって、TMR素子1a〜1hに含まれる自由層の磁化が一定の方向に揃えられる。電流線7は、初期状態電流によって発生する磁界によって、TMR素子1a〜1hが適切に初期化されるように、適宜配置される。   The current source 6 supplies an initial state current to the current line 7. The initial state current sets (initializes) the resistance values of the TMR elements 1a to 1h to the initial state. Specifically, the magnetization of the free layer included in the TMR elements 1a to 1h is aligned in a certain direction by the magnetic field generated by the initial state current. The current line 7 is appropriately arranged so that the TMR elements 1a to 1h are appropriately initialized by the magnetic field generated by the initial state current.

出力端子4a〜4hは、全体として2進数データ11を出力する。2進数データ11は、演算処理部9に入力される。演算処理部9は、2進数データ11に基づいて、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。演算処理部9は、ディジタル信号処理が可能な種々の論理回路を含んで構成される。たとえば、演算処理部9は、FPGA(Field Programmable Gate Array)を用いて実現される論理回路を含んで構成されてもよいし、マイコンおよび特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)を含んで構成されてもよい。   The output terminals 4a to 4h output binary data 11 as a whole. The binary number data 11 is input to the arithmetic processing unit 9. The arithmetic processing unit 9 performs various calculations for detecting the measured current I based on the binary data 11. The arithmetic processing unit 9 includes various logic circuits capable of digital signal processing. For example, the arithmetic processing unit 9 may include a logic circuit realized using an FPGA (Field Programmable Gate Array), or may include a microcomputer and an application specific integrated circuit (ASIC). It may be constituted by.

なお、図6に示す例では、1ビットセンサの数は8個(5a〜5h)であるが、1ビットセンサの数はこれに限定されない。   In the example shown in FIG. 6, the number of 1-bit sensors is 8 (5a to 5h), but the number of 1-bit sensors is not limited to this.

図7は、図6におけるTMR素子1a〜1hの配置(すなわち各1ビットセンサの配置)を説明するための図である。なお、図7では、導電線10の断面が図面正面となるように図示される。図7に示すように、TMR素子1a〜1hは、この順に、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って配置される。   FIG. 7 is a diagram for explaining the arrangement of TMR elements 1a to 1h in FIG. 6 (that is, the arrangement of each 1-bit sensor). In FIG. 7, the cross section of the conductive wire 10 is illustrated in front of the drawing. As shown in FIG. 7, the TMR elements 1 a to 1 h are arranged in this order along the direction away from the current I to be measured.

電流センサ8は、被測定電流Iを測定するための準備として、「測定レディ状態」とされる。図8は、電流センサ8の測定レディ状態を説明するための図である。測定レディ状態では、被測定電流Iは流れていない(I=0)。   The current sensor 8 is set in the “measurement ready state” as preparation for measuring the current I to be measured. FIG. 8 is a diagram for explaining the measurement ready state of the current sensor 8. In the measurement ready state, the current I to be measured does not flow (I = 0).

図8に示すように、電流源6から初期状態電流IINIが電流線7に供給される。初期状態電流IINIの方向は、図中、電流源6内に矢印で示される。初期状態電流IINIが電流線7を流れると、初期状態電流IINIの周囲に磁場が生じる。たとえば、初期状態電流IINIが図中上側の電流線7を流れることによって磁場H100が生じ、初期状態電流IINIが図中下側の電流線7を流れることによって、磁場H101が生じる。磁場H100と磁場H101とは、大きさが同じで方向が異なる。これらは、たとえば、アンペールの法則によって説明される。 As shown in FIG. 8, an initial state current I INI is supplied from the current source 6 to the current line 7. The direction of the initial state current I INI is indicated by an arrow in the current source 6 in the figure. When the initial state current I INI flows through the current line 7, a magnetic field is generated around the initial state current I INI . For example, when the initial state current I INI flows through the upper current line 7 in the figure, the magnetic field H100 is generated, and when the initial state current I INI flows through the lower current line 7 in the figure, the magnetic field H101 is generated. The magnetic field H100 and the magnetic field H101 have the same magnitude and different directions. These are explained, for example, by Ampere's law.

TMR素子1a〜1hの各々は、たとえば電流線7から等しい距離に配置される。また、TMR素子1a〜1hは、図中下側の電流線7よりも図中上側の電流線7の近くに配置される。これにより、各TMR素子1a〜1hは、同じ大きさの磁場H100に置かれる。磁場H100によって、TMR素子1a〜1hの自由層は、同じ方向に磁化される。   Each of TMR elements 1a to 1h is arranged at an equal distance from current line 7, for example. Further, the TMR elements 1a to 1h are arranged closer to the upper current line 7 in the drawing than the lower current line 7 in the drawing. Thereby, each TMR element 1a-1h is set | placed on the magnetic field H100 of the same magnitude | size. The free layers of the TMR elements 1a to 1h are magnetized in the same direction by the magnetic field H100.

たとえば、TMR素子1a〜1hの自由層は、いずれも固定層の磁化方向と平行かつ同方向に磁化される。その場合、TMR素子1a〜1hは、いずれも同じ抵抗値(最小の抵抗値)を有するように切替わる。これにより、1ビットセンサ5a〜5hの出力は、いずれも「1」となる。その結果、2進数データ11は「11111111」となる。2進数データ「11111111」は、演算処理部9によって、被測定電流I=0(A)として検出される。   For example, the free layers of the TMR elements 1a to 1h are all magnetized in parallel and in the same direction as the magnetization direction of the fixed layer. In that case, the TMR elements 1a to 1h are switched so as to have the same resistance value (minimum resistance value). As a result, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are all “1”. As a result, the binary data 11 is “11111111”. The binary number data “11111111” is detected by the arithmetic processing unit 9 as a measured current I = 0 (A).

すなわち、「測定レディ状態」は、初期状態電流IINIによって、各TMR素子1a〜1hの抵抗値、および各1ビットセンサ5a〜5hの出力が初期化された状態とも言える。測定レディ状態とされた後、電流センサ8は、「測定状態」とされて、被測定電流Iを測定する。 That is, it can be said that the “measurement ready state” is a state in which the resistance values of the TMR elements 1 a to 1 h and the outputs of the 1-bit sensors 5 a to 5 h are initialized by the initial state current I INI . After being set in the measurement ready state, the current sensor 8 is set in the “measurement state” and measures the current I to be measured.

図9は、電流センサ8の測定状態を説明するための図である。測定状態において、導電線10には被測定電流Iが流れている(I≠0)。電流線7には、初期状態電流IINIが流れている。 FIG. 9 is a diagram for explaining the measurement state of the current sensor 8. In the measurement state, the current I to be measured flows through the conductive wire 10 (I ≠ 0). An initial state current I INI flows through the current line 7.

図9に示すように、導電線10に被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に、磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、たとえば磁場H110〜磁場H114として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど弱くなる。磁場H110〜H114の強さを比較すると、磁場H110が最も強く、磁場H114が最も弱い。   As shown in FIG. 9, when the current I to be measured flows through the conductive wire 10, a magnetic field H is generated around the current I to be measured. For convenience of explanation, the magnetic field H at each position is illustrated as, for example, a magnetic field H110 to a magnetic field H114. The magnetic field H becomes weaker away from the current I to be measured. Comparing the strengths of the magnetic fields H110 to H114, the magnetic field H110 is the strongest and the magnetic field H114 is the weakest.

一方、初期状態電流IINIの周囲には磁場H100および磁場H101が生じる。たとえば、磁場H100は、各TMR素子1a〜1hにおいて、磁場Hを打消すように生じる。適切な大きさや方向の初期状態電流IINIが電流線7に供給されることで、あるいは、電流線7が適切に配置されることで、磁場H100は、磁場Hを打ち消すように生じ得る。 On the other hand, the magnetic field H100 and magnetic field H101 occurs around the initial current I INI. For example, the magnetic field H100 is generated so as to cancel the magnetic field H in each of the TMR elements 1a to 1h. When the initial state current I INI having an appropriate magnitude and direction is supplied to the current line 7 or the current line 7 is appropriately disposed, the magnetic field H100 can be generated so as to cancel the magnetic field H.

磁場H(磁場H110〜磁場H114など)と、磁場H100との強弱関係によって、TMR素子1a〜1hの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H100よりも大きい場合、1ビットセンサ5a〜5hの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、自由層FLの磁化方向が磁場Hに沿った方向に変化(反転)し、出力が「1」から、「0」に変化する。図9に示す例では、1ビットセンサ5a〜5eの自由層FLの磁化方向が磁場Hに沿った方向に反転する。そのため、1ビットセンサ5a〜5eの出力が「0」とされ、出力端子4a〜4eから出力される。一方、1ビットセンサ5f〜5hの自由層FLの磁化方向は反転しない。そのため、1ビットセンサ5f〜5hの出力は「1」のままであり、出力端子4f〜4hから出力される。すなわち、2進数データ11は、「00000111」となる。   Depending on the strength relationship between the magnetic field H (the magnetic field H110 to the magnetic field H114, etc.) and the magnetic field H100, the resistance values of the TMR elements 1a to 1h, that is, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h can change. For example, when the magnetic field H is larger than the magnetic field H100, some (or all) of the 1-bit sensors 5a to 5h are strongly influenced by the magnetic field H, and the magnetization direction of the free layer FL is in the direction along the magnetic field H. It changes (inverts), and the output changes from “1” to “0”. In the example shown in FIG. 9, the magnetization direction of the free layer FL of the 1-bit sensors 5 a to 5 e is reversed in the direction along the magnetic field H. Therefore, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5e are set to “0” and are output from the output terminals 4a to 4e. On the other hand, the magnetization direction of the free layer FL of the 1-bit sensors 5f to 5h is not reversed. Therefore, the outputs of the 1-bit sensors 5f to 5h remain “1” and are output from the output terminals 4f to 4h. That is, the binary number data 11 is “00000111”.

演算処理部9は、2進数データ11を受けて、所定の演算処理を実行する。所定の演算処理は、2進数データ11に基づいて被測定電流Iの大きさを算出するための処理などを含む。これにより、電流センサ8は、被測定電流Iを測定できる。   The arithmetic processing unit 9 receives the binary data 11 and executes predetermined arithmetic processing. The predetermined calculation process includes a process for calculating the magnitude of the measured current I based on the binary number data 11. Thereby, the current sensor 8 can measure the current I to be measured.

被測定電流Iの大きさによって、2進数データ11は異なる値を示す。もし、被測定電流Iが小さくなると、たとえば、1ビットセンサ5a〜5dの出力が「0」とされ、1ビットセンサ5e〜5hの出力が「1」とされ得る。その結果、2進数データ11は「00001111」となる。逆に、被測定電流Iが大きくなると、たとえば、1ビットセンサ5a〜5fの出力が「0」とされ、1ビットセンサ5g〜5hの出力が「1」とされ得る。その結果、2進数データ11は「00000011」となる。   The binary data 11 shows different values depending on the magnitude of the current I to be measured. If the measured current I decreases, for example, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5d can be set to “0”, and the outputs of the 1-bit sensors 5e to 5h can be set to “1”. As a result, the binary number data 11 becomes “00001111”. Conversely, when the measured current I increases, for example, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5f can be set to “0” and the outputs of the 1-bit sensors 5g to 5h can be set to “1”. As a result, the binary data 11 is “00000011”.

実施の形態1によれば、電流センサでは、アナログ/ディジタル変換処理を行なうことなく、被測定電流の大きさが直接(ダイレクトに)2進数データとして取得される。そのため、電流センサの応答時間が短くなり、電流センサの応答性能が向上する。   According to the first embodiment, in the current sensor, the magnitude of the current to be measured is acquired as binary data directly (directly) without performing analog / digital conversion processing. Therefore, the response time of the current sensor is shortened, and the response performance of the current sensor is improved.

[実施の形態2]
次に実施の形態2として、電流センサが、被測定電流Iの大きさに加えて、被測定電流Iの方向をさらに検出する構成について説明する。
[Embodiment 2]
Next, a configuration in which the current sensor further detects the direction of the measured current I in addition to the magnitude of the measured current I will be described as a second embodiment.

図10は、実施の形態2に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。
図10を参照して、電流センサ16は、1ビットセンサ5a〜5pと、電流源6と、電流線7と、論理回路120a〜120hと、出力端子121a〜121hとを含む。1ビットセンサ5a〜5pの各々は、出力端子4a〜4pをそれぞれ含む。
FIG. 10 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the second embodiment.
Referring to FIG. 10, current sensor 16 includes 1-bit sensors 5a-5p, current source 6, current line 7, logic circuits 120a-120h, and output terminals 121a-121h. Each of 1-bit sensors 5a-5p includes output terminals 4a-4p.

1ビットセンサ5a〜5pは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って2列に配置される。図10に示す例では、2列の一方の列には、1ビットセンサ5a〜5hが配置される。2列の他方の列には、1ビットセンサ5i〜5pが配置される。   The 1-bit sensors 5a to 5p are arranged in two rows along the direction away from the measured current I. In the example shown in FIG. 10, 1-bit sensors 5a to 5h are arranged in one of the two columns. 1-bit sensors 5i to 5p are arranged in the other of the two columns.

1ビットセンサ5a〜5pの出力は、出力端子4a〜4pを介して、論理回路120a〜120hに入力される。具体的には、1ビットセンサ5aおよび5iの出力は、論理回路120aに入力される。1ビットセンサ5bおよび5jの出力は、論理回路120bに入力される。1ビットセンサ5cおよび5kの出力は、論理回路120cに入力される。1ビットセンサ5dおよび5lの出力は、論理回路120dに入力される。1ビットセンサ5eおよび5mの出力は、論理回路120eに入力される。1ビットセンサ5fおよび5nの出力は、論理回路120fに入力される。1ビットセンサ5gおよび5oの出力は、論理回路120gに入力される。1ビットセンサ5hおよび5pの出力は、論理回路120hに入力される。   Outputs of the 1-bit sensors 5a to 5p are input to the logic circuits 120a to 120h via the output terminals 4a to 4p. Specifically, the outputs of the 1-bit sensors 5a and 5i are input to the logic circuit 120a. Outputs of the 1-bit sensors 5b and 5j are input to the logic circuit 120b. The outputs of the 1-bit sensors 5c and 5k are input to the logic circuit 120c. The outputs of the 1-bit sensors 5d and 5l are input to the logic circuit 120d. The outputs of the 1-bit sensors 5e and 5m are input to the logic circuit 120e. The outputs of the 1-bit sensors 5f and 5n are input to the logic circuit 120f. The outputs of the 1-bit sensors 5g and 5o are input to the logic circuit 120g. The outputs of the 1-bit sensors 5h and 5p are input to the logic circuit 120h.

論理回路120a〜120hは、入力された二つの信号の排他的論理和(XOR:eXclusive OR)を出力する。論理回路120a〜120hの出力は、出力端子121a〜121hに出力される。   The logic circuits 120a to 120h output an exclusive OR (XOR) of the two input signals. Outputs of the logic circuits 120a to 120h are output to the output terminals 121a to 121h.

出力端子121a〜121hは、全体として2進数データ13を出力する。2進数データ13は、演算処理部9Aに入力される。演算処理部9Aは、2進数データ13に基づいて、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。先に図6を参照して説明した演算処理部9と同様に、演算処理部9Aは、ディジタル信号回路が可能な種々の論理回路を含んで構成される。   The output terminals 121a to 121h output the binary number data 13 as a whole. The binary number data 13 is input to the arithmetic processing unit 9A. The arithmetic processing unit 9 </ b> A performs various calculations for detecting the measured current I based on the binary data 13. Similar to the arithmetic processing unit 9 described above with reference to FIG. 6, the arithmetic processing unit 9A includes various logic circuits capable of digital signal circuits.

1ビットセンサ5iの出力は、出力端子4i´にも出力される。1ビットセンサ5iは、被測定電流Iに最も近く配置される1ビットセンサである。1ビットセンサ5iの出力は、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力される。   The output of the 1-bit sensor 5i is also output to the output terminal 4i ′. The 1-bit sensor 5i is a 1-bit sensor arranged closest to the current I to be measured. The output of the 1-bit sensor 5i is input as bit data 12 to the arithmetic processing unit 9A.

なお、1ビットセンサ5iでなく、1ビットセンサ5aが、被測定電流Iに最も近く配置される場合は、1ビットセンサ5iの出力ではなく、1ビットセンサ5aの出力が、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力されるようにするとよい。1ビットセンサ5aおよび1ビットセンサ5iのいずれもが、被測定電流Iに最も近く配置される場合は、いずれか一方の1ビットセンサの出力が、ビットデータ12として、演算処理部9Aに入力されるようにするとよい。ビットデータ12は、後に説明するように、被測定電流Iの方向を検出するために利用される。   When the 1-bit sensor 5a is arranged closest to the current I to be measured instead of the 1-bit sensor 5i, the output of the 1-bit sensor 5a, not the output of the 1-bit sensor 5i, is used as the bit data 12. It may be input to the arithmetic processing unit 9A. When both the 1-bit sensor 5a and the 1-bit sensor 5i are arranged closest to the current I to be measured, the output of one of the 1-bit sensors is input as the bit data 12 to the arithmetic processing unit 9A. It is good to do so. The bit data 12 is used to detect the direction of the current I to be measured, as will be described later.

なお、図10に示す例では、1ビットセンサの数は16個(5a〜5p)であるが、1ビットセンサの数はこれに限定されない。   In the example shown in FIG. 10, the number of 1-bit sensors is 16 (5a to 5p), but the number of 1-bit sensors is not limited to this.

図11は、図10におけるTMR素子1a〜1pの配置(すなわち各1ビットセンサの配置)を説明するための図である。図11では、導電線10の断面が図面正面となるように図示される。   FIG. 11 is a diagram for explaining the arrangement of TMR elements 1a to 1p in FIG. 10 (that is, the arrangement of each 1-bit sensor). In FIG. 11, the cross section of the conductive wire 10 is shown in front of the drawing.

図11に示すように、TMR素子1a〜1pは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って2列に配置される。また、2列の一方の列に、TMR素子1a〜1hがこの順に配置され、2列の他方の列には、TMR素子1i〜1pがこの順に配置される。また、TMR素子1aおよび1iは、対向して配置されている。TMR素子1bおよび1j、1cおよび1k、1dおよび1l、1eおよび1m、1fおよび1n、1gおよび1o、1hおよび1pについても同様である。   As shown in FIG. 11, the TMR elements 1a to 1p are arranged in two rows along the direction away from the current I to be measured. In addition, the TMR elements 1a to 1h are arranged in this order in one of the two columns, and the TMR elements 1i to 1p are arranged in this order in the other two columns. The TMR elements 1a and 1i are arranged to face each other. The same applies to the TMR elements 1b and 1j, 1c and 1k, 1d and 1l, 1e and 1m, 1f and 1n, 1g and 1o, 1h and 1p.

TMR素子1aおよび/またはTMR素子1iは、被測定電流Iに最も近く配置される。   The TMR element 1a and / or the TMR element 1i are arranged closest to the current I to be measured.

図12は、電流センサ16の測定レディ状態を説明するための図である。図12に示すように、初期状態電流IINIによって、磁場H100および磁場H101が生じる。磁場H100と磁場H101とはたとえば大きさが同じで方向が異なる。 FIG. 12 is a diagram for explaining a measurement ready state of the current sensor 16. As shown in FIG. 12, the initial state current I INI generates a magnetic field H100 and a magnetic field H101. For example, the magnetic field H100 and the magnetic field H101 have the same size and different directions.

電流線7が適切に配置されることで、たとえば、磁場H100によって、TMR素子1a〜1hは、いずれも第1の抵抗値(たとえば最小の抵抗値)を有するように切替わる。磁場H101によって、TMR素子1i〜1pは、いずれも第2の抵抗値(たとえば最大の抵抗値)を有するように切替わる。これにより、ビットセンサ5a〜5hの出力は「1」とされる。ビットセンサ5i〜5pの出力は「0」とされる。そのため、論理回路120a〜120hの各々には、「1」および「0」が入力される。その結果、論理回路120a〜120hは、いずれも「1」を出力する。   By appropriately arranging the current line 7, for example, the magnetic field H100 causes the TMR elements 1a to 1h to switch so as to have a first resistance value (for example, the minimum resistance value). The TMR elements 1i to 1p are switched by the magnetic field H101 so as to have the second resistance value (for example, the maximum resistance value). Thereby, the outputs of the bit sensors 5a to 5h are set to “1”. The outputs of the bit sensors 5i to 5p are set to “0”. Therefore, “1” and “0” are input to each of the logic circuits 120a to 120h. As a result, all of the logic circuits 120a to 120h output “1”.

すなわち、測定レディ状態では、2進数データ13は「11111111」となる。2進数データ「11111111」は、演算処理部9Aによって、被測定電流I=0(A)として検出される。また、測定レディ状態では、ビットデータ12は、「0」である。演算処理部9Aは、ビット「0」を受ける。   That is, in the measurement ready state, the binary data 13 is “11111111”. The binary number data “11111111” is detected by the arithmetic processing unit 9A as the measured current I = 0 (A). In the measurement ready state, the bit data 12 is “0”. Arithmetic processor 9A receives bit “0”.

図13は、電流センサ16の測定状態を説明するための図である。図中「D1」および「D2」は、被測定電流Iの方向を示す。図13に示す例では、被測定電流IはD2の方向に流れる。   FIG. 13 is a diagram for explaining the measurement state of the current sensor 16. In the figure, “D1” and “D2” indicate the directions of the current I to be measured. In the example shown in FIG. 13, the measured current I flows in the direction D2.

図13に示すように、被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、H140〜H144として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど弱くなる。H140〜H144の強さを比較すると、H140が最も強く、H144が最も弱い。   As shown in FIG. 13, when the current I to be measured flows, a magnetic field H is generated around the current I to be measured. For convenience of explanation, the magnetic field H at each position is illustrated as H140 to H144. The magnetic field H becomes weaker away from the current I to be measured. Comparing the strengths of H140 to H144, H140 is the strongest and H144 is the weakest.

一方、初期状態電流IINIを流すことにより、電流線7の周囲には磁場H100および磁場H101が生じる。 On the other hand, by flowing the initial state current I INI, magnetic H100 and magnetic field H101 occurs around the current line 7.

磁場H(磁場H140など)と、磁場100との強弱関係によって、たとえば、TMR素子1a〜1hの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H100よりも大きい場合、1ビットセンサ5a〜5hの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、出力が測定レディ状態の「1」から「0」に変化する。図13に示す例では、1ビットセンサ5a〜5dの出力が「0」とされる。一方、1ビットセンサ5e〜5hの出力は「1」とされる。1ビットセンサ5i〜5pの出力は「0」とされる。その結果、2進数データ13は、「00001111」となる。演算処理部9Aは、2進数データ13を受けて、被測定電流Iの大きさを検出する。これにより、電流センサ16は、被測定電流Iを測定する。   Depending on the strength relationship between the magnetic field H (such as the magnetic field H140) and the magnetic field 100, for example, the resistance values of the TMR elements 1a to 1h, that is, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h may change. For example, when the magnetic field H is larger than the magnetic field H100, some (or all) of the 1-bit sensors 5a to 5h are strongly influenced by the magnetic field H, and the output changes from “1” to “0” in the measurement ready state. Change. In the example illustrated in FIG. 13, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5d are “0”. On the other hand, the outputs of the 1-bit sensors 5e to 5h are set to “1”. The outputs of the 1-bit sensors 5i to 5p are set to “0”. As a result, the binary number data 13 is “00001111”. The arithmetic processing unit 9A receives the binary data 13 and detects the magnitude of the current I to be measured. Thereby, the current sensor 16 measures the current I to be measured.

また、1ビットセンサ5iの出力「0」は、出力端子4iに出力される。その結果、ビットデータ12は、「0」となる。   The output “0” of the 1-bit sensor 5i is output to the output terminal 4i. As a result, the bit data 12 becomes “0”.

ビットデータ12が「0」であるので、演算処理部9Aは、被測定電流Iの方向がD2であると判定する。これにより、被測定電流Iの方向が検出される。なお、もし、ビットデータ12が「1」であれば、演算処理部9Aは、被測定電流の方向がD1であると判定する。   Since the bit data 12 is “0”, the arithmetic processing unit 9A determines that the direction of the measured current I is D2. Thereby, the direction of the current I to be measured is detected. If the bit data 12 is “1”, the arithmetic processing unit 9A determines that the direction of the current to be measured is D1.

図14は、電流センサ16の測定状態を説明するための第2の図である。図14に示す例では、被測定電流Iの方向はD1である。   FIG. 14 is a second diagram for explaining the measurement state of the current sensor 16. In the example shown in FIG. 14, the direction of the measured current I is D1.

図14に示すように、被測定電流Iが流れると、被測定電流Iの周囲に、磁場Hが生じる。説明の便宜上、各位置での磁場Hを、たとえば磁場H130〜磁場H134として図示する。磁場Hは、被測定電流Iから遠ざかるほど小さくなる。磁場H130〜磁場H134の大きさを比較すると、磁場H130が最も大きく、磁場H134が最も小さい。   As shown in FIG. 14, when the current I to be measured flows, a magnetic field H is generated around the current I to be measured. For convenience of explanation, the magnetic field H at each position is illustrated as, for example, a magnetic field H130 to a magnetic field H134. The magnetic field H decreases as the distance from the measured current I increases. Comparing the magnitudes of the magnetic fields H130 to H134, the magnetic field H130 is the largest and the magnetic field H134 is the smallest.

磁場H(磁場H130など)と、磁場H101との大小関係によって、TMR素子1i〜1pの抵抗値、すなわち1ビットセンサ5i〜5pの出力が変化し得る。たとえば、磁場Hが磁場H101よりも大きい場合、1ビットセンサ5i〜5pの幾つか(あるいは全部)は、磁場Hの影響を強く受けて、出力が測定レディ状態の「0」から、「1」に変化する。図14に示す例では、1ビットセンサ5i〜5mの出力が「1」とされる。一方、1ビットセンサ5n〜5pの出力は「0」とされる。1ビットセンサ5a〜5hの出力は「1」とされる。その結果、2進数データ13は、「00000111」となる。演算処理部9Aは、2進数データ13を受けて、被測定電流Iの大きさを検出する。これにより、電流センサ16は、被測定電流Iを測定する。   Depending on the magnitude relationship between the magnetic field H (such as the magnetic field H130) and the magnetic field H101, the resistance values of the TMR elements 1i to 1p, that is, the outputs of the 1-bit sensors 5i to 5p may change. For example, when the magnetic field H is larger than the magnetic field H101, some (or all) of the 1-bit sensors 5i to 5p are strongly influenced by the magnetic field H, and the output is “1” from “0” in the measurement ready state. To change. In the example illustrated in FIG. 14, the outputs of the 1-bit sensors 5i to 5m are “1”. On the other hand, the outputs of the 1-bit sensors 5n to 5p are set to “0”. The outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are “1”. As a result, the binary number data 13 is “00000111”. The arithmetic processing unit 9A receives the binary data 13 and detects the magnitude of the current I to be measured. Thereby, the current sensor 16 measures the current I to be measured.

また、1ビットセンサ5iの出力「1」は、出力端子4iに出力される。その結果、ビットデータ12は、「1」となる。ビットデータ12が「1」であるので、演算処理部9Aは、被測定電流Iの方向がD1であると判定する。これにより、被測定電流Iの方向が検出される。   The output “1” of the 1-bit sensor 5i is output to the output terminal 4i. As a result, the bit data 12 becomes “1”. Since the bit data 12 is “1”, the arithmetic processing unit 9A determines that the direction of the measured current I is D1. Thereby, the direction of the current I to be measured is detected.

このように、1ビットセンサを2列に配置する構成とすることで、電流センサは、被測定電流の大きさだけでなく、被測定電流の方向も測定することができる。   As described above, by arranging the 1-bit sensors in two rows, the current sensor can measure not only the magnitude of the current to be measured but also the direction of the current to be measured.

[実施の形態3]
以上説明した実施の形態1および実施の形態2においては、電流センサが測定可能な被測定電流の大きさの上限および下限(測定レンジ)は一定である。実施の形態3では、測定レンジを可変とすることのできる構成について説明する。
[Embodiment 3]
In Embodiment 1 and Embodiment 2 described above, the upper limit and lower limit (measurement range) of the magnitude of the current to be measured that can be measured by the current sensor are constant. In the third embodiment, a configuration in which the measurement range can be made variable will be described.

上述の図9で示されるように、電流センサ8の測定レンジは、以下のように制限される。すなわち、電流センサ8の場合、磁場Hと、磁場H100とが合成された磁場(「合成磁場」と称する)によって、TMR素子1a〜1hの磁化方向、すなわち1ビットセンサ5a〜5hの出力が決定される。磁場H100が磁場Hを打消すように生じる場合、合成磁場の大きさは、単純にはたとえば合成磁場=磁場H−磁場H100として表される。磁場Hの大きさは被測定電流Iの大きさに比例するので、合成磁場の大きさも、被測定電流Iの大きさに比例する。   As shown in FIG. 9 described above, the measurement range of the current sensor 8 is limited as follows. That is, in the case of the current sensor 8, the magnetization direction of the TMR elements 1a to 1h, that is, the output of the 1-bit sensors 5a to 5h is determined by a magnetic field (referred to as “synthetic magnetic field”) obtained by combining the magnetic field H and the magnetic field H100. Is done. When the magnetic field H100 is generated so as to cancel the magnetic field H, the magnitude of the synthesized magnetic field is simply expressed as, for example, synthesized magnetic field = magnetic field H−magnetic field H100. Since the magnitude of the magnetic field H is proportional to the magnitude of the measured current I, the magnitude of the synthesized magnetic field is also proportional to the magnitude of the measured current I.

測定レディ状態において1ビットセンサ5a〜5hの出力はいずれも「1」とされるが、測定状態においては、合成磁場の影響によって1ビットセンサ5a〜5hの一部の出力が「0」となる。これにより、被測定電流Iの大きさが測定される。   In the measurement ready state, the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are all “1”, but in the measurement state, some outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are “0” due to the influence of the combined magnetic field. . Thereby, the magnitude of the current I to be measured is measured.

被測定電流Iが大きくなり、合成磁場が大きくなると、1ビットセンサ5a〜5hの全ての出力が「0」となり飽和する。このときの被測定電流Iの大きさが、電流センサ8が測定可能な上限の電流値(上限値)となり、それより大きな電流については測定できない。   When the measured current I increases and the combined magnetic field increases, all the outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h become “0” and become saturated. The magnitude of the current I to be measured at this time becomes an upper limit current value (upper limit value) that can be measured by the current sensor 8, and a current larger than that cannot be measured.

ここで、上限値は、合成磁場の大きさに依存する。合成磁場の大きさは、磁場H100の大きさに依存する。そして、磁場H100の大きさは、初期状態電流IINIに依存する。したがって、初期状態電流IINIの大きさを変えることによって上限値を調節することができる。たとえば、初期状態電流IINIを大きくすると、磁場H100も大きくなる。そのため、合成磁場(磁場H−磁場H100)は小さくなる。したがって、電流センサ8は、より大きな被測定電流Iの電流値を測定できる。 Here, the upper limit value depends on the magnitude of the combined magnetic field. The magnitude of the synthesized magnetic field depends on the magnitude of the magnetic field H100. The magnitude of the magnetic field H100 depends on the initial state current IINI . Therefore, the upper limit value can be adjusted by changing the magnitude of the initial state current I INI . For example, when the initial state current I INI is increased, the magnetic field H100 is also increased. Therefore, the combined magnetic field (magnetic field H−magnetic field H100) becomes small. Therefore, the current sensor 8 can measure a larger current value of the current I to be measured.

被測定電流Iが小さくなり、合成磁場が小さくなると、1ビットセンサ5a〜5hの全ての出力は「1」となる。このときの被測定電の大きさが、電流センサ8が測定可能な下限の電流値(下限値)となり、それより小さな電流については測定できない。   When the measured current I decreases and the combined magnetic field decreases, all outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h become “1”. The magnitude of the measured electricity at this time is the lower limit current value (lower limit value) that can be measured by the current sensor 8, and currents smaller than that cannot be measured.

ここで、下限値も、上限値と同様に、合成磁場の大きさに依存する。すなわち、初期状態電流IINIの大きさを変えることによって下限値も調節することができる。たとえば、初期状態電流IINIを小さくすると、磁場H100も小さくなる。そのため、合成磁場(磁場H−磁場H100)は大きくなる。したがって、電流センサ8は、より小さな被測定電流Iの電流値を測定できる。 Here, the lower limit value also depends on the magnitude of the synthetic magnetic field, as with the upper limit value. That is, the lower limit value can be adjusted by changing the magnitude of the initial state current IINI . For example, when the initial state current I INI is reduced, the magnetic field H100 is also reduced. Therefore, a synthetic magnetic field (magnetic field H-magnetic field H100) becomes large. Therefore, the current sensor 8 can measure the current value of the smaller current I to be measured.

図15は、実施の形態3に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。図15を参照して、電流センサ17は、1ビットセンサ5a〜5hと、電流源6Aと、電流線7と、端子25,26と、セレクタ27,28とを含む。TMR素子1a〜1hおよび出力端子4a〜4hの各々は、1ビットセンサ5a〜5hにそれぞれ含まれる。   FIG. 15 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the third embodiment. Referring to FIG. 15, current sensor 17 includes 1-bit sensors 5a to 5h, current source 6A, current line 7, terminals 25 and 26, and selectors 27 and 28. Each of TMR elements 1a-1h and output terminals 4a-4h is included in 1-bit sensors 5a-5h, respectively.

図15では、導電線20の断面が図面正面となるように示される。導電線20には、被測定電流I(図示しない)が流れる。なお、被測定電流Iが流れる導電線の断面形状は限定されない。たとえば、この図15に示す例では、導電線20の断面は略四角形であり、上述の図7などに示す例では、導電線10の断面は略円形である。   In FIG. 15, the cross section of the conductive wire 20 is shown to be the front of the drawing. A current to be measured I (not shown) flows through the conductive wire 20. The cross-sectional shape of the conductive wire through which the current to be measured I flows is not limited. For example, in the example shown in FIG. 15, the cross section of the conductive wire 20 is substantially square, and in the example shown in FIG. 7 and the like, the cross section of the conductive wire 10 is substantially circular.

電流源6Aは、ローレンジ用電流源(L電流源)21と、ミドルレンジ用電流源(M電流源)22と、ハイレンジ用電流源(H電流源)23と、セレクタ27と、セレクタ28とを含む。   The current source 6A includes a low-range current source (L current source) 21, a middle-range current source (M current source) 22, a high-range current source (H current source) 23, a selector 27, and a selector 28. Including.

L電流源21は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流Iを供給する。M電流源22は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流Iを供給する。H電流源23は、セレクタ27,28を介して、電流線7に測定レンジ調節電流Iを供給する。 L current source 21 via the selector 27, and supplies the measurement range adjustment current I L to the current line 7. The M current source 22 supplies the measurement range adjustment current I M to the current line 7 via the selectors 27 and 28. The H current source 23 supplies the measurement range adjustment current I H to the current line 7 via the selectors 27 and 28.

測定レンジ調節電流I,IおよびIは、実施の形態1および実施の形態2における、初期状態電流INIと同様の役割を果たす。すなわち、測定レンジ調節電流I,IおよびIによって、TMR素子1a〜1hの抵抗値が初期化される。また、測定レンジ調節電流I,IおよびIによって、被測定電流によって生じる磁場を打ち消すように磁場が生じる。 The measurement range adjustment currents I L , I M and I H play the same role as the initial state current INI in the first and second embodiments. That is, the measurement range adjustment current I L, by I M and I H, the resistance value of the TMR element 1a~1h is initialized. Further, a magnetic field is generated by the measurement range adjustment currents I L , I M and I H so as to cancel the magnetic field generated by the current to be measured.

測定レンジ調節電流I,IおよびIの大きさを比較すると、Iが最も小さく、Iが最も大きい。 When the magnitudes of the measurement range adjustment currents I L , I M and I H are compared, I L is the smallest and I H is the largest.

図15に示す例では、セレクタ27は、L電流源21,M電流源22およびH電流源23の高電位側(+側)の端子と、電流線7との接続を切替える。セレクタ28は、L電流源21,M電流源22およびH電流源23の低電位側(−側)の端子と、電流線7との接続を切替える。具体的に、L電流源21の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、L電流源21の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。M電流源22の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、M電流源22の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。H電流源23の高電位側の端子がセレクタ27によって電流線7に接続されるときには、H電流源23の低電位側の端子はセレクタ28によって電流線7に接続される。   In the example shown in FIG. 15, the selector 27 switches the connection between the current line 7 and the terminals on the high potential side (+ side) of the L current source 21, the M current source 22, and the H current source 23. The selector 28 switches the connection between the current line 7 and the terminals on the low potential side (− side) of the L current source 21, the M current source 22, and the H current source 23. Specifically, when the high potential side terminal of the L current source 21 is connected to the current line 7 by the selector 27, the low potential side terminal of the L current source 21 is connected to the current line 7 by the selector 28. When the high potential side terminal of the M current source 22 is connected to the current line 7 by the selector 27, the low potential side terminal of the M current source 22 is connected to the current line 7 by the selector 28. When the high potential side terminal of the H current source 23 is connected to the current line 7 by the selector 27, the low potential side terminal of the H current source 23 is connected to the current line 7 by the selector 28.

セレクタ27,28によって、電流線7には、L電流源21,M電流源22およびH電流源23から、測定レンジ調節電流I,I,Iが選択的に供給される。これにより、被測定電流Iが電流センサ17によって測定されるときに、電流源6Aが電流線7に供給する電流の大きさを調節可能なように電流源6Aが構成される。電流の大きさが調節されることで、電流センサ17の測定レンジが調節される。 The measurement ranges adjustment currents I L , I M and I H are selectively supplied from the L current source 21, the M current source 22 and the H current source 23 to the current line 7 by the selectors 27 and 28. Thereby, when the current I to be measured is measured by the current sensor 17, the current source 6 </ b> A is configured so that the current supplied from the current source 6 </ b> A to the current line 7 can be adjusted. The measurement range of the current sensor 17 is adjusted by adjusting the magnitude of the current.

たとえば、電流センサ17が測定状態のとき、電流線7に測定レンジ調節電流Iが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとする。そのとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。 For example, when the current sensor 17 is in a measurement state, the measurement range adjustment current IL is supplied to the current line 7 and the magnitude of the current I to be measured is measured. At that time, if some outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are set to “0” and the remaining outputs are set to “1”, the magnitude of the current I to be measured is appropriately detected.

一方、電流線7に測定レンジ調節電流Iが供給されているときに、1ビットセンサ5a〜5hの出力がすべて「0」となって飽和する場合は、被測定電流Iの大きさは適切に検出されない。この場合、M電流源22に切替えることにより、電流線7には、測定レンジ調節電流Iが供給される。 On the other hand, when the output of the 1-bit sensors 5a to 5h is all “0” and is saturated when the measurement range adjustment current IL is supplied to the current line 7, the magnitude of the current I to be measured is appropriate. Not detected. In this case, the measurement range adjustment current I M is supplied to the current line 7 by switching to the M current source 22.

電流線7に測定レンジ調節電流Iが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。 When the measurement range adjustment current I M is supplied to the current line 7 and the magnitude of the current I to be measured is measured, some outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are set to “0”, and the remaining outputs are When “1” is set, the magnitude of the current I to be measured is appropriately detected.

一方、電流線7に測定レンジ調節電流Iが供給されているときに、1ビットセンサ5a〜5hの出力がすべて「0」となって飽和する場合は、被測定電流Iの大きさは適切に検出されない。そこで、次に、H電流源23に切替えることにより、電流線7には、測定レンジ調節電流Iが供給される。 On the other hand, when the output of the 1-bit sensors 5a to 5h is all “0” and is saturated when the measurement range adjustment current IM is supplied to the current line 7, the magnitude of the current I to be measured is appropriate. Not detected. Therefore, the measurement range adjustment current IH is supplied to the current line 7 by switching to the H current source 23 next.

電流線7に測定レンジ調節電流Iが供給されて、被測定電流Iの大きさが測定されるとき、1ビットセンサ5a〜5hの幾つかの出力が「0」とされ、残りの出力が「1」とされれば、被測定電流Iの大きさが適切に検出される。 When the measurement range adjustment current I H is supplied to the current line 7 and the magnitude of the current I to be measured is measured, some outputs of the 1-bit sensors 5a to 5h are set to “0”, and the remaining outputs are When “1” is set, the magnitude of the current I to be measured is appropriately detected.

このように、電流センサ17では、電流線7に供給線される電流の大きさを調節することによって、測定レンジを調節することができる。測定レンジの調節は、ユーザ操作によって行われてもよいし、電流センサ17が自動で行ってもよい。   Thus, in the current sensor 17, the measurement range can be adjusted by adjusting the magnitude of the current supplied to the current line 7. The adjustment of the measurement range may be performed by a user operation or may be automatically performed by the current sensor 17.

電流センサ17は、外部電流源24とともに使用されてもよい。外部電流源24は、端子25,26と接続されて使用される。外部電流源24の高電位側(+側)の端子は、端子25およびセレクタ27を介して、電流線7に接続される。外部電流源24の低電位側(−側)の端子は、端子26およびセレクタ28を介して、電流線7に接続される。すなわち、外部電流源24から電流線7に電流が供給されて、電流センサ17の測定レンジが調節される。ユーザは、所望の大きさの電流を供給可能な電流源を、外部電流源24に用いることができる。   The current sensor 17 may be used with the external current source 24. The external current source 24 is used connected to the terminals 25 and 26. The high potential side (+ side) terminal of the external current source 24 is connected to the current line 7 via the terminal 25 and the selector 27. The terminal on the low potential side (− side) of the external current source 24 is connected to the current line 7 via the terminal 26 and the selector 28. That is, a current is supplied from the external current source 24 to the current line 7, and the measurement range of the current sensor 17 is adjusted. The user can use a current source capable of supplying a desired magnitude of current as the external current source 24.

なお、セレクタ27およびセレクタ28に代えて、別のセレクタが採用されてもよい。たとえば、別のセレクタは、先に説明したセレクタ27およびセレクタ28の機能に加え、測定レンジ調節電流I,IM,および外部電流源24から電流線7に供給される電流の方向が切替えられるように構成されてもよい。これにより、測定レンジの調節の自由度が増す。 Instead of the selector 27 and the selector 28, another selector may be employed. For example, in the other selector, in addition to the functions of the selector 27 and the selector 28 described above, the direction of the current supplied from the measurement range adjustment currents I L , I M, I H and the external current source 24 to the current line 7 is changed. It may be configured to be switched. Thereby, the freedom degree of adjustment of a measurement range increases.

実施の形態3に係る電流センサは、実施の形態2に係る電流センサの構成と組み合わされて用いられてもよい。こうすることで、電流センサは、被測定電流の大きさおよび方向を測定するとともに、測定レンジを調節することができる。   The current sensor according to the third embodiment may be used in combination with the configuration of the current sensor according to the second embodiment. By doing so, the current sensor can measure the magnitude and direction of the current to be measured and adjust the measurement range.

[実施の形態4]
磁場Hの強さは被測定電流からの距離に依存するため、電流センサの分解能は、1ビットセンサ(TMR素子)が配置される間隔によって定まる(制限される)。分解能が制限されると、測定精度も制限される。測定精度を向上するためには、被測定電流Iから離れる方向に、1ビットセンサを密に配置することが必要となる。
[Embodiment 4]
Since the strength of the magnetic field H depends on the distance from the current to be measured, the resolution of the current sensor is determined (limited) by the interval at which the 1-bit sensor (TMR element) is arranged. When the resolution is limited, the measurement accuracy is also limited. In order to improve measurement accuracy, it is necessary to densely arrange 1-bit sensors in a direction away from the current I to be measured.

図9に示す構成の電流センサ8では、1列に配置される各1ビットセンサ5a〜5hの間隔によって、測定精度が制限される。具体的には、TMR素子1a〜1hの配置間隔によって、測定精度が制限される。そして、各1ビットセンサの大きさによって、1列に配置可能な数が制限される。   In the current sensor 8 having the configuration shown in FIG. 9, the measurement accuracy is limited by the interval between the 1-bit sensors 5a to 5h arranged in one row. Specifically, the measurement accuracy is limited by the arrangement interval of the TMR elements 1a to 1h. The number that can be arranged in one column is limited by the size of each 1-bit sensor.

そこで、実施の形態4においては、複数列に配置された1ビットセンサが互いにずれて配置されることによって、TMR素子の配置間隔による制限が解消され、電流センサの測定精度を向上する構成について説明する。   Therefore, in the fourth embodiment, a description will be given of a configuration in which the limitation due to the arrangement interval of the TMR elements is eliminated and the measurement accuracy of the current sensor is improved by arranging the 1-bit sensors arranged in a plurality of columns so as to be shifted from each other. To do.

図16は、実施の形態4に係る電流センサの概略構成を説明するための図である。図16を参照して、電流センサ18は、1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hと、電流源6と、電流線7Aとを含む。TMR素子1a〜1h,11a〜11h,12a〜12hおよび出力端子4a〜4h,41a〜41h,42a〜42hの各々は、1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hにそれぞれ含まれる。   FIG. 16 is a diagram for explaining a schematic configuration of the current sensor according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 16, current sensor 18 includes 1-bit sensors 5a to 5h, 51a to 51h, and 52a to 52h, current source 6, and current line 7A. Each of TMR elements 1a-1h, 11a-11h, 12a-12h and output terminals 4a-4h, 41a-41h, 42a-42h are included in 1-bit sensors 5a-5h, 51a-51h, 52a-52h, respectively.

電流センサ18では、各1ビットセンサは、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って複数列に配置される。図16に示す例では、複数の列は、1ビットセンサ5a〜5hが配置される第1の列と、1ビットセンサ51a〜51hが配置される第2の列と、1ビットセンサ52a〜52hが配置される第3の列とを含んで構成される。各列において、各1ビットセンサは、所定の配置間隔をあけて配置される。各1ビットセンサが磁場H100に置かれるように、電流線7Aが配置される。   In the current sensor 18, each 1-bit sensor is arranged in a plurality of rows along the direction away from the current I to be measured. In the example illustrated in FIG. 16, the plurality of columns include a first column in which 1-bit sensors 5a to 5h are disposed, a second column in which 1-bit sensors 51a to 51h are disposed, and 1-bit sensors 52a to 52h. And a third column in which are arranged. In each row, each 1-bit sensor is arranged with a predetermined arrangement interval. The current line 7A is arranged so that each 1-bit sensor is placed in the magnetic field H100.

第2の列に配置される1ビットセンサ51a〜51hは、第1の列に配置される1ビットセンサ5a〜5hから、配置間隔の3分の1の間隔だけ被測定電流Iから遠ざかる方向にずれて配置される。   The 1-bit sensors 51a to 51h arranged in the second row are away from the measured current I by an interval of one third of the arrangement interval from the 1-bit sensors 5a to 5h arranged in the first row. They are shifted.

第3の列に配置される1ビットセンサ52a〜52hは、第2の列に配置される1ビットセンサ51a〜51hから、配置間隔の3分の1の間隔だけ被測定電流Iから遠ざかる方向にずれて配置される。   The 1-bit sensors 52a to 52h arranged in the third column are away from the measured current I by an interval of one third of the arrangement interval from the 1-bit sensors 51a to 51h arranged in the second column. They are shifted.

すなわち、電流センサ18では、1ビットセンサが配置される複数の列のうち、隣り合う列において、一方の列の1ビットセンサと、他方の列の1ビットセンサとは、被測定電流Iから遠ざかる方向において互いにずれて配置される。   That is, in the current sensor 18, among the plurality of columns in which the 1-bit sensor is arranged, in the adjacent column, the 1-bit sensor in one column and the 1-bit sensor in the other column are separated from the current I to be measured. They are offset from each other in the direction.

このように1ビットセンサ5a〜5h,51a〜51h,52a〜52hが配置されることで、被測定電流Iから遠ざかる方向に沿って、配置間隔の3分の1の間隔で、各1ビットセンサ(すなわち各TMR素子)が配置される。   By arranging the 1-bit sensors 5a to 5h, 51a to 51h, and 52a to 52h in this way, each 1-bit sensor is arranged at an interval of one third of the arrangement interval along the direction away from the measured current I. (That is, each TMR element) is arranged.

たとえば、測定状態において、1ビットセンサ5bの出力が「0」となり、1ビットセンサ5cの出力が「1」となった場合を考える。そのとき、一例として、各1ビットセンサの出力は、以下の表1のようになる。   For example, consider a case where the output of the 1-bit sensor 5b is “0” and the output of the 1-bit sensor 5c is “1” in the measurement state. At that time, as an example, the output of each 1-bit sensor is as shown in Table 1 below.

Figure 2015184120
Figure 2015184120

各1ビットセンサの出力は、出力端子4a〜4h,41a〜41h,42a〜42hを介して、2進数データ14として演算処理部9Bに入力される。演算処理部9Bは、2進数データ14を受けて、、被測定電流Iを検出するための種々の演算を行なう。先に図6を参照して説明した演算処理部9と同様に、演算処理部9Bは、ディジタル信号回路が可能な種々の論理回路を含んで構成される。   The output of each 1-bit sensor is input to the arithmetic processing unit 9B as binary data 14 via the output terminals 4a to 4h, 41a to 41h, and 42a to 42h. The arithmetic processing unit 9B receives the binary number data 14 and performs various calculations for detecting the measured current I. Similar to the arithmetic processing unit 9 described above with reference to FIG. 6, the arithmetic processing unit 9B includes various logic circuits capable of digital signal circuits.

もし、1ビットセンサ51a〜51hおよび52a〜52hがなく、5a〜5hのみの場合、2進数データ14は「00111111」となる。つまり、電流センサ18の測定精度は、2進数で8桁となる。これに対し、1ビットセンサ51a〜51hおよび52a〜52hがあることで、2進数データ14は「000001111111111111111111」とされる。つまり、電流センサ18の測定精度は、2進数で24桁となる。すなわち、51a〜51hおよび52a〜52hがあることで、51a〜51hおよび52a〜52hがないときよりも、分解能が3倍に向上する。   If the 1-bit sensors 51a to 51h and 52a to 52h are not provided and only 5a to 5h are provided, the binary data 14 is “00111111”. That is, the measurement accuracy of the current sensor 18 is 8 digits in binary. On the other hand, the binary data 14 is “00000111111111111111111111” due to the presence of the 1-bit sensors 51a to 51h and 52a to 52h. That is, the measurement accuracy of the current sensor 18 is 24 digits in binary. In other words, the presence of 51a to 51h and 52a to 52h improves the resolution three times as compared with the case where there is no 51a to 51h and 52a to 52h.

このように、実施の形態4によれば、複数列に配置された1ビットセンサが互いにずれて配置されることによって、電流センサの測定精度(分解能)が向上する。なお、図16において、各1ビットセンサがN列(Nは2以上の自然数)に配置される場合、配置間隔のN分の1の間隔で、各1ビットセンサが配置されるようにするとよい。   As described above, according to Embodiment 4, the measurement accuracy (resolution) of the current sensor is improved by disposing the 1-bit sensors arranged in a plurality of rows from each other. In FIG. 16, when each 1-bit sensor is arranged in N columns (N is a natural number of 2 or more), each 1-bit sensor is preferably arranged at an interval of 1 / N of the arrangement interval. .

実施の形態4に係る電流センサは、実施の形態2および実施の形態3に係る電流センサの構成と組み合わされて用いられてもよい。こうすることで、電流センサは、被測定電流の大きさおよび方向を測定するとともに、測定レンジを調節することができ、さらに高い測定精度を実現することができる。   The current sensor according to the fourth embodiment may be used in combination with the configuration of the current sensor according to the second and third embodiments. By doing so, the current sensor can measure the magnitude and direction of the current to be measured, adjust the measurement range, and realize higher measurement accuracy.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

1,1a〜1h,11a〜11h,12a〜12h TMR素子、5,5a〜5h,51a〜51h,52a〜52h ビットセンサ、2 抵抗、3 コンパレータ、4,4a〜4p,121a〜121h 出力端子、6,6A 電流源、21 L電流源、22 M電流源、23 L電流源、7,7A 電流線、8,8A,8B,16,17,18 電流センサ、9,9A 演算処理部、10,20 導電線、11,13,14 2進数データ、12 ビットデータ、15 ノード、24 外部電流源、25,26 端子、27,28 セレクタ、60 クランプ、70 ケーブル、80 出力コネクタ、H100,H101,H110〜H114,H130〜H134,H140〜H144 磁場、120a〜120h 論理回路、DB 絶縁膜、FL 自由層、I 被測定電流、PL 固定層、T 電源端子。   1, 1a to 1h, 11a to 11h, 12a to 12h TMR element, 5, 5a to 5h, 51a to 51h, 52a to 52h Bit sensor, 2 resistor, 3 comparator, 4, 4a to 4p, 121a to 121h output terminal, 6, 6A current source, 21 L current source, 22 M current source, 23 L current source, 7, 7A current line, 8, 8A, 8B, 16, 17, 18 current sensor, 9, 9A arithmetic processing unit, 10, 20 conductive lines, 11, 13, 14 binary data, 12 bit data, 15 nodes, 24 external current source, 25, 26 terminals, 27, 28 selector, 60 clamp, 70 cable, 80 output connector, H100, H101, H110 -H114, H130-H134, H140-H144 magnetic field, 120a-120h logic circuit, DB insulating film, FL free Layer, I Current to be measured, PL fixed layer, T Power supply terminal.

Claims (9)

被測定電流を測定するための電流センサであって、
2値のいずれか一方の値を出力する複数の1ビットセンサと、
前記複数の1ビットセンサの出力に基づいて前記被測定電流を検出する検出部とを備え、
前記1ビットセンサは、
前記被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる磁気抵抗素子と、
前記抵抗値を前記2値のいずれか一方の値に変換する変換部とを含み、
前記検出部は、前記複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして受けて前記被測定電流を検出する、電流センサ。
A current sensor for measuring a current to be measured,
A plurality of 1-bit sensors that output one of two values;
A detection unit that detects the measured current based on outputs of the plurality of 1-bit sensors,
The 1-bit sensor
A magnetoresistive element whose resistance value is switched according to a magnetic field generated by the current to be measured;
A conversion unit that converts the resistance value into one of the two values,
The detection unit is a current sensor that receives the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data and detects the current to be measured.
前記磁気抵抗素子は、
磁化方向が固定された固定層と、
磁化方向が磁場によって変化する自由層と、
前記固定層と前記自由層とを絶縁する絶縁膜とを含む、請求項1に記載の電流センサ。
The magnetoresistive element is
A fixed layer with a fixed magnetization direction;
A free layer whose magnetization direction changes with a magnetic field;
The current sensor according to claim 1, comprising an insulating film that insulates the fixed layer and the free layer.
前記複数の1ビットセンサは、前記被測定電流から遠ざかる方向に沿って配置される、請求項1または請求項2に記載の電流センサ。   The current sensor according to claim 1, wherein the plurality of 1-bit sensors are arranged along a direction away from the current to be measured. 前記磁気抵抗素子の前記抵抗値を初期化するための電流を供給する電流源をさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電流センサ。   The current sensor according to claim 1, further comprising a current source that supplies a current for initializing the resistance value of the magnetoresistive element. 前記複数の1ビットセンサは、前記被測定電流から遠ざかる方向に沿って2列に配置され、
前記2列の一方の列に配置される1ビットセンサの磁気抵抗素子は、前記電流源が供給する前記電流に応じて、第1の抵抗値を有するように切替わり、
前記2列の他方の列に配置される1ビットセンサの磁気抵抗素子は、前記電流源が供給する前記電流に応じて、第2の抵抗値を有するように切替わる、請求項4に記載の電流センサ。
The plurality of 1-bit sensors are arranged in two rows along a direction away from the current to be measured,
The magnetoresistive elements of the 1-bit sensor arranged in one of the two columns are switched to have a first resistance value according to the current supplied by the current source,
The magnetoresistive element of the 1-bit sensor arranged in the other of the two columns is switched to have a second resistance value according to the current supplied by the current source. Current sensor.
前記検出部は、前記複数の1ビットセンサのうち、前記被測定電流に最も近く配置される1ビットセンサの出力を受けて前記被測定電流の方向を検出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電流センサ。   6. The detection unit according to claim 1, wherein the detection unit receives an output of a 1-bit sensor arranged closest to the current to be measured among the plurality of 1-bit sensors and detects a direction of the current to be measured. The current sensor according to item 1. 前記被測定電流が前記電流センサによって測定されるときに前記電流源が供給する電流の大きさを調節可能なように前記電流源が構成される、請求項4または5に記載の電流センサ。   The current sensor according to claim 4 or 5, wherein the current source is configured such that the magnitude of the current supplied by the current source can be adjusted when the measured current is measured by the current sensor. 前記複数の1ビットセンサは、前記被測定電流から遠ざかる方向に沿って複数列に配置され、
前記複数列のうち隣り合う列において、一方の列の1ビットセンサと、他方の列の1ビットセンサとは、前記被測定電流から遠ざかる前記方向において互いにずれて配置される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流センサ。
The plurality of 1-bit sensors are arranged in a plurality of rows along a direction away from the current to be measured.
5. In the adjacent columns of the plurality of columns, the 1-bit sensor in one column and the 1-bit sensor in the other column are arranged so as to be shifted from each other in the direction away from the current to be measured. The current sensor according to any one of the above.
被測定電流を測定するための電流センサであって、
2値のいずれか一方の値を出力する複数の1ビットセンサと、
前記複数の1ビットセンサの出力を2進数データとして前記電流センサの外部に出力するための出力コネクタとを備え、
前記1ビットセンサは、
前記被測定電流によって生じる磁界に応じて抵抗値が切替わる磁気抵抗素子と、
前記抵抗値を前記2値のいずれか一方の値に変換する変換部とを含む、電流センサ。
A current sensor for measuring a current to be measured,
A plurality of 1-bit sensors that output one of two values;
An output connector for outputting the outputs of the plurality of 1-bit sensors as binary data to the outside of the current sensor;
The 1-bit sensor
A magnetoresistive element whose resistance value is switched according to a magnetic field generated by the current to be measured;
A current sensor including a conversion unit that converts the resistance value into one of the two values.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH054037U (en) * 1991-07-05 1993-01-22 株式会社村田製作所 Current detection sensor
US20090096655A1 (en) * 2007-10-10 2009-04-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Analog to digital converter which uses tunneling magneto-resistive devices
JP2012105108A (en) * 2010-11-11 2012-05-31 Hitachi Ltd Analog-digital converter
JP2013113799A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Ricoh Co Ltd Current detection device, current detection element and current detection method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH054037U (en) * 1991-07-05 1993-01-22 株式会社村田製作所 Current detection sensor
US20090096655A1 (en) * 2007-10-10 2009-04-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Analog to digital converter which uses tunneling magneto-resistive devices
JP2012105108A (en) * 2010-11-11 2012-05-31 Hitachi Ltd Analog-digital converter
JP2013113799A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Ricoh Co Ltd Current detection device, current detection element and current detection method

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