专利名称：磁性编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于游标卡尺、螺旋测微器等的磁性编码器，特别是涉及用来检测相对运动的部件磁耦合变化从而检测其相对位移(位置)的磁性编码器。
背景技术：
磁性编码器的一个例子是检测相对运动的部件的位置、角度等的编码器。磁性编码器包括第一和第二部件。第一部件包括N磁极部分和S磁极部分，它们以预先确定的间距λ交替排列。第一部件的实例是磁标尺。第二部件放置成可相对于第一部件运动。第二部件包括检测因相对部件运动引起的磁场变化的装置。例如相位差为λ/4(＝90°)的第一～第四磁阻(MR)器件放置在以磁标尺的间距(磁化间距)λ为单位的位置上。
第二部件上的第一～第四MR器件串联连接，相位差为180°。对于这种连接方式的第一～第四MR器件，位移检测电路采用的是桥式电路结构。第一～第四MR器件沿着垂直于部件运动方向的纵向磁化。在输向这些MR器件的DC电流与磁标尺水平磁场的相互作用下，发生了磁化旋转，从而导致MR器件电阻的变化。施加在每个MR器件上的水平磁场强度以对应相对运动的间距λ作周期性地变化。由此使磁化旋转角也作周期性变化。因此从桥式电路输出端获得了相位差为90°的正弦波信号。正弦波信号经过处理就得到了位移量。
在具有这种MR器件的磁性编码器中，水、切割润滑油等对输出信号的影响要小于静电型编码器和光电型编码器中所受的影响。因此磁性编码器特别适合用于机械制造工厂那种需要一定的环境耐力的地方。
当磁性编码器用于电池驱动的手持工具长度测量单元等时，功耗是一个关键问题。换句话说，直流电源与构成位移检测电路的MR器件相连。因此由直流电源向MR器件提供驱动电流。例如当每只MR器件的电阻为1.5kΩ并且施加电压为1.5V时，由于桥式电路的总电阻为1.5kΩ，所以流入桥式电路的电流为1mA。这样例如对于160mAh的氧化银钮扣型电池，使用寿命只有160小时(6.5天)。
在这种磁性编码器中，采用玻璃衬底或陶瓷衬底作为形成MR器件的衬底。另一方面，当处理MR器件输出信号的信号处理电路采用集成电路与MR器件组装在一起的IC芯片结构时，可以有几种方法，例如方法(a)和(b)。在方法(a)中，形成MR器件的衬底与形成集成电路的衬底连接在柔性印刷电路(FPC)板上。在方法(b)中，将IC芯片放置在刻制有MR器件的衬底背面。
但是在普通的装配方法中，由于安装尺寸较大，所以难以做成小型手持工具。虽然在方法(b)中衬底是共用的，与两块衬底分别形成MR器件和集成电路的方法(a)相比，安装密度有了提高，但是由于MR器件和集成电路采用不同的区域，所以限制了尺寸的缩小。此外，形成MR器件的表面应该以预定的间隙放置成与磁标尺相对的基准面。但是当放置集成电路之后，就无法精确地定出基准面。当MR器件与磁标尺相对放置时，用来防止沾污的结构变得复杂起来。
对于包含具有一定相位差的MR器件的普通磁性编码器，受磁化间距和磁场强度的精度偏差及MR器件的位置、形状以及特性差异等的影响巨大。因此在电学信号处理电路一侧，应对正弦波信号的中心电压、幅度等进行调整。此外，受MR器件图案的损坏和沾污影响巨大，所以磁性编码器的稳定性和可靠性不高。而且由于标尺的磁化间距较�。阅岩园凑照庋拇呕渚喾胖盟闹籑R器件。由此使经过精密机械加工的MR器件在性能上差异较大。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种磁性编码器，它可以降低功耗并用于工作寿命长的电池驱动手持工具。
本发明的另一个目标是提供一种磁性编码器，它无需通过调整即可得到所需的特性，降低了功耗和MR器件机械加工的精度要求。
本发明的第一方面是磁性编码器，包括第一部件，它包括以预先确定的间距交替排列的N磁极部分和S磁极部分；第二部件，它被放置成可相对于所述第一部件运动，所述第二部件包括至少四只相位差为90°的磁阻器件，它们放置在与第一部件磁极间距对应的位置上；位移检测电路，用来获取相位差为180°的磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与所述第一和第二部件的相对运动对应，所述位移检测电路由直流电源驱动；信号处理电路，用来根据所述位移检测电路获得的两相正弦波信号产生两相方波信号；以及计数器，用来对所述信号处理电路获取的两相方波信号进行计数以得到所述第一和第二部件的相对位置，其特征在于，所述磁性编码器还包括开关电路，通过使所述开关器件按照第一时钟有选择地导通，用来向所述位移检测电路间歇地提供直流电源输出。
按照本发明，由于功率是间歇地提供给MR器件构成的位移检测电路并激活位移检测电路，所以与始终向MR器件提供电流的普通系统相比，这里的MR器件电流消耗根据第一时钟占空比的大小作相应减少。因此在电池驱动的手持工具长度测量装置中采用按照本发明的磁性编码器可以延长电池(包括太阳能电池)的工作寿命。
信号处理电路包括一对采样保持电路，用来采样和保持位移检测电路获得的对应第一时钟的两相正弦波信号；根据与第一时钟有一定相位差的第二时钟间歇激活的一对比较器，用来将采样保持电路的输出信号与恒定的基准电压进行比较以获得二进制数据；以及一对触发器，用来接收来自比较器的二进制数据以输出两相方波信号。由于比较器是间歇激活的，所以可以降低其功耗。特别是当间歇激活比较器运行的第二时钟在相位上相对第一时钟有延迟时，比较器一直保持非激活状态直到设定采样值后。因此大大降低了功耗。
对于比较器间歇激活的情形，当比较器处于非激活状态时，其输出信号是不稳定的。为了解决这个问题，始终处于开启状态的触发器被放置在比较器的输出侧，从而存储下比较器的输出信号。由此解决了该问题并输出两相方波信号。
此外，信号处理电路可以包括内插电路，它对采样保持电路的输出信号进行电学内插处理以输出两相方波信号。在这种情况下，比较好的是以相对第一时钟有一相位延迟的第二时钟来间歇激活内插电路。此外，当放大电路放置于采样保持电路其中一个输入/输出端时，比较好的是以第一时钟间歇激活放大电路。通过间歇激活内插电路和放大电路，可以有效降低功耗。
此外，按照本发明，当位移检测电路是间歇驱动时，对两相正弦波信号进行采样。因此无需提供采样保持电路。另外，第二时钟并不一定总是要与驱动开关电路的第一时钟一起提供。而且受第一时钟间歇驱动的位移检测电路的输出信号可以经第一时钟间歇驱动的比较器处理。由此在这种简单结构中可以实现低功耗的信号处理。
而且按照本发明，当信号处理电路、计数器和开关电路都放置在第二部件中并且放置有显示计数器输出值的显示器时，就可以获取工作寿命长的电池驱动手持工具长度测量装置。
本发明的第二方面是磁性编码器，它包括第一部件，包括以预先确定的间距交替排列的N磁极部分和S磁极部分；第二部件，与所述第一部件相对配置，并配置成可相对于第一部件运动，第二部件具有第一磁阻器件、与所述第一磁阻器件相邻配置的第二磁阻器件、与所述第二磁阻器件相邻配置的第三磁阻器件、以及与所述第三磁阻器件相邻配置的第四磁阻器件，这4个磁阻器件彼此间相位差为90°，并且这4个磁阻器件与第一部件磁极间距对应；位移检测电路，用来获取相位差为180°的所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与第一和第二部件的相对运动对应，位移检测电路由直流电源驱动；信号处理电路，用来根据位移检测电路获得的两相正弦波信号产生两相方波信号；以及计数器，用来对信号处理电路获取的两相方波信号进行计数以得到第一和第二部件的相对位置，其中，在所述第二部件上重复配置多组，每组包括所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件，并且各组内相位相同的磁阻器件作为磁检测器件串联连接。
按照本发明，当多组MR器件串联并用作一个磁检测器件时，磁化偏差与MR器件形状和特性的偏差得到了均衡，由此减少了影响。因此无需借助信号处理电路电学调整输出信号的中心电压和幅度。此外也无需采用微调等方法来调整每只电阻的阻值。这样无需调整即可以较高的信噪比检测部件的位移。而且因磁化强度变差、MR器件图案损坏以及衬底被高渗透率的铁粉之类沾污等受到的影响有所减缓。由此获得了运行稳定而可靠性高的磁性编码器。随着磁检测装置阻抗的增加，磁性编码器的功耗也有所减少。另外，当MR器件的间距设定为3/4或5/4时，可以降低对MR器件加工精度的要求。
通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述可以进一步理解本发明的目标、特征和优点。
图1为按照本发明实施例的磁性编码器结构的电路图；图2为按照本发明实施例的检测头结构的示意图；图3为按照本发明的检测头和信号处理电路的电路图；图4为按照本发明实施例的操作简图的时序图；图5为图4的放大时序图；图6A-6C为按照本发明另一实施例的位移检测电路结构实例的电路图；图7为按照本发明另一实施例的信号处理电路结构的电路图；图8为按照本发明另一实施例的信号处理电路结构的框图；图9为按照本发明另一实施例的位移检测电路结构的电路图；图10为按照本发明另一实施例的信号处理电路结构的电路图；图11为按照图10实施例的图5操作的时序图；图12为按照本发明另一实施例的磁性编码器结构的示意框图；图13为按照本发明实施例的第二部件结构的剖面图；图14为按照本发明实施例的IC芯片结构的剖面图；图15为按照本发明实施例的磁性编码器等价电路的示意图；图16为按照本发明实施例的第二部件与第一部件相位相对关系的透视图；图17为按照图12实施例的MR器件等价电路的示意图；图18为MR器件列阵其它排列实例的示意图；图19A-19C为MR器件列阵互引线结构的示意图；图20为MR器件列阵互引线结构另一实例的示意图；图21A和21B为IC芯片装配结构另一实例的示意图；图22为IC芯片装配结构另一实例的示意图；以及图23A和23B为按照本发明另一实施例的MR器件列阵结构的示意图。
具体实施例方式
按照本发明第一实施例的磁性编码器包括第一部件1和第二部件2。第一部件1包括以间距λ交替放置的N磁极和S磁极。第一部件1构成磁标尺。第二部件2相对第一部件放置成可以相对第一部件沿箭头x所指方向移动。第二部件2包括探头3、信号处理电路4、计数器5、显示器6和电池7。探头3相对第一部件的标尺表面放置，而磁极部分以预先确定的间隔排布在表面上。探头3包括检测与第一部件1相对运动对应的磁场变化的MR器件。信号处理电路4处理从探头3接收的两相正弦波信号INA和INB以产生两相方波信号OUTA和OUTB。计数器5对信号处理电路4接收的两相方波信号OUTA和OUTB进行计数。诸如LCD之类的显示器6将计数值显示出来。电池向每个电路部分提供直流功率。
图2为对应第一部件1的探头3主要部分结构的示意图。如上所述，第一部件1以间距λ磁化。探头3包括衬底21和至少四只形成于其上的MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2。MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2为狭长形电阻，其引线端位于与箭头x所指相对位移方向垂直的方向端部。MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2以不同于第一部件1磁化间距λ的间距(λ/4)排布。换句话说，MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2相差90°。MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2为例如通过溅射方法形成的磁阻薄膜。MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2被保护薄膜(未画出)覆盖。
图3为探头3和信号处理电路4等效电路的示意图。输出两相正弦波信号INA和INB的位移检测电路30由MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2构成并且位于探头3上。在该实施例中，相位差为180°的第一和第三MR器件Ma1和Ma2在直流电源VDD与接地GND之间串联。同样，相位差为180°的第二和第四MR器件Mb1和Mb2也在直流电源VDD与接地GND之间串联。利用这四只MR器件Ma1，Mb1，Ma2和Mb2就形成了桥式电路结构。两个输出端A和B分别为两相正弦波信号INA和INB的输出端。
在该实施例中，模拟开关器件Sa1，Sa2，Sb2和Sb2作为向位移检测电路间歇提供直流功率的开关电路34被放置在MR器件的功率输出引线端和接地端上。从时钟发生电路45接收的具有预定频率的第一时钟CK1控制下，开关Sa1，Sa2，Sb1和Sb2以预先确定的间隔选择开启。
信号处理电路4包括一对采样保持电路41a和41b、一对比较器42a和42b以及一对D型触发器43a和43b。采样保持电路41a和41b采样和保持从位移检测电路30接收的两相正弦波信号INA和INB。比较器42a和42b分别将这些采样值与基准电源VREF进行比较并输出二进制数据DA和DB。D型触发器43a和43b分别接收二进制数据DA和DB并输出两相方波信号OUTA和OUTB。采样保持电路41a和41b分别包括开关器件S3a和S3b以及电容Ca和Cb。开关器件S3a和S3b被用作采样操作并且受控于从时钟发生电路45接收的第一时钟CK1。电容Ca和Cb存储采样值。
比较器42a和42b所用的偏压电路44通过模拟开关器件S4与直流电源VDD相连。模拟开关器件S4在从时钟发生器45接收的第二时钟CK2控制下开启/关断。第二时钟CK2与第一时钟CK1同步并略有延迟。因此比较器42a和42b间歇激活的时刻略微滞后于位移检测电路30。触发器43a和43b总是处于开启状态。数据在第二时钟CK2下取自触发器43a和43b。
以下描述这种方式下的磁性编码器结构的操作。
图4为磁性编码器操作简图的时序图。位移检测电路30输出相位差为90°并且幅度随第一和第二部件相对位移变化的两相正弦波信号INA和INB。实际上两相正弦波信号INA和INB被第一时钟CK1斩波。但是为方便起见，图4所示的两相正弦波信号INA和INB是连续的。两相正弦波信号INA和INB由采样保持电路41a和41b在第一时钟CK1下采样。采样值由比较器42a和42b将其与基准电压VREF比较。因此分别从两相正弦波信号INA和INB中获取了在采样值超过基准电压VREF时变为“H”的二进制数据DA和DB。
图5是范围放大的水平轴范围内正弦波信号INA的时序图(在时间轴上一个周期对应间距为λ的位移量)。当第一时钟CK1处于“H”状态时，有功率输往位移检测电路30。结果正弦波信号INA被采样。此后第一时钟CK1变为“L”。由此采样值被稳定在INAS。接着第二时钟CK2变为“H”。只有当第二时钟CK2位“H”状态时，才激活偏压电路44，从而激活比较器42a和42b。因此比较器42a和42b将采样值与基准电压VREF进行比较。当采样值INAS超过基准电压VREF时，第二时钟CK2变为“H”。由此获取二进制数据DA。当第二时钟CK2变为“L”时，二进制数据DA提供给触发器43a。这样就获得了方波信号OUTA。该操作同样也应用于从正弦波信号INB获取方波信号OUTB。
与第一部件1和第二部件2之间的相对速度(标尺速度)相对照，第一时钟CK1和第二时钟CK2的周期应该足够得小。换句话说，标尺速度受到相应的第一时钟CK1和第二时钟CK2周期P的限制。当标尺速度用vmax表示最大值时，其应该满足vmax＜(λ/2)/P的条件。当满足该条件时，可以避免误差检测。
在本实施例中，由于比较器42a和42b是间歇运行的，所以有时候输出信号会不稳定。但是利用触发器43a和43b保持二进制数据DA和DB，可以获得稳定的方波信号OUTA和OUTB。
按照本实施例，由于位移检测电路30与比较器42a和42都是间歇运行的，所以减少了电流消耗。实际上假定每个MR器件的电阻为1.5kΩ并且施加的电压为1.5V，则在普通系统中有1.5/1.5kΩ＝1000微安的电流流过作为有四只MR器件构成的桥式电路的位移检测电路。假定比较器的电流消耗为100微安，则总共有1100微安的电流流过。
另一方面，假定第一时钟CK1的“H”周期为W1＝10微秒，第二时钟CK2的“H”周期为W2＝1微秒，并且时钟CK1和CK2的周期为P＝10毫秒，则由四只MR器件构成的位移检测电路30的电流消耗与普通系统电流消耗之比等于占空比W1/P＝1/1000。同样比较器电流消耗之比为W2/P＝1/10000。当采用同一时钟源作为计数器5的系统时钟时，可以只用简单的数字电路来实现时钟发生电路45。因而，这种电流消耗可以忽略不计。此外，与MR器件比较，模拟开关器件的电路消耗可以忽略不计。因此按照本实施例，显然可以明显降低电路消耗。
因此按照本发明，可以获得工作寿命长的电池驱动手持工具长度测量装置。此外可以减少MR器件和检测电路功耗产生的热量。因此便于测量对温度敏感的物体的位移。而且由于产生的热量较少，所以MR器件和位移检测电路的漂移较小。因此装置开启后无需等到温度稳定即可测量物体位移。而且物体位移可以长时间精确测量。而且由于流入MR器件的总电流减少，所以可以改善抗腐蚀能力。
在图3所示实施例中，模拟开关放置在MR器件的电源侧端和接地侧端。当模拟开关的开启电阻不能忽略时，由于电源侧和接地侧的开关电阻阻值相同，因此开启电阻的影响可以抵消。当模拟开关器件的开启电阻可以忽略时，模拟开关器件可以放置在电源侧或接地侧。
图6A-6C示出了开启/关断提供给位移检测电路30的功率的开关电路34结构实例。在图6A中，模拟开关器件S1和S2被分别放置在桥式电路31a的电源侧和接地侧。当采用低开启电阻的模拟开关器件时，图6A所示的结构是有效的。另一方面，如图6B和6C所示，可以省略图6A中模拟开关器件S1和S2其中一个开关。
图7示出了按照本发明另一实施例的信号处理电路的结构。在本实施例中，前置放大器71a和71b放置在位移检测电路30的输出部分(即在采样保持电路41a和41b的各输入部分)。前置放大器71a和71b由偏压电路72间歇激活，而偏压电路72受控于第一时钟CK1下开启的模拟器件开关S7。间歇运行的前置放大器71a和71b相当于采样电路。前置放大器71a和71b的间歇运行抑制了功耗的增加。
在前置放大器71a和71b放置于采样保持电路41a和41b的输出端侧的情形下，当前置放大器71a和71b间歇运行时，可以减少功耗。
在只采用按照上述实施例的比较器的两相方波发生系统中，内插的数量为四个。为了获得更高的分辨率，需要用特殊的内插电路来代替比较器。图8为表示按照本发明另一实施例的内插电路81结构的电路图。已知有各种内插系统。典型的例子是电阻分割法。在这种情况下，内插电路81包括一个电阻列阵、多个运算放大器、一个比较器和一个逻辑电路。采用上述实施例的比较器42a和42b，在图8所示实施例中，至少内插电路81的运算放大器81和比较器包含偏压电路82，该偏压电路由在第二时钟CK2开启的模拟开关器件S8激活。
包含内插电路81的系统可用于图7所示包含前置放大器71a和71b的实施例结构。
在图3所示上述实施例中，位移检测电路30的结构为四只MR器件组成的桥式电路。但是位移检测电路30并不一定需要采用桥式电路结构。图9示出了按照本发明另一实施例的位移检测电路30的结构。位移检测电路30包括四只磁阻器件Ma1-Mb2通过各电流源Ia1-Ib2与直流电源相连的感测电路31b。磁阻器件Ma1-Mb2和电流源Ia1-Ib2的连接节点为输出端。感测电路31b的输出端连接至获取相位差为180°的输出信号差值的两个差分放大电路32a和32b。换句话说，差分放大电路32a检测并放大相位为0°和180°的MR器件Ma1和Ma2的输出信号的差值。另一差分放大电路32b检测并放大相位为90°和270°的MR器件Mb1和Mb2的输出信号的差值。采用图3所示的上述实施例，MR器件的Ma1-Mb2由共用模拟开关器件S1(或分立开关)间歇驱动。在图9所示实施例中，包含在第一时钟CK1下驱动的模拟开关器件S32的偏压电路33配置成间歇激活两个差分放大电路32a和32b。
图10为按照本发明另一实施例的结构示意框图。在图10中，由于检测电路30在第一时钟CK1下间歇驱动，所以检测电路30相当于采样电路。因此在本实施例中，无需提供采样保持电路即可分别向比较器42a和42b直接输出从检测电路30接收的两相正弦波信号INa和INB。间歇激活比较器42a和42b的偏压电路44的开关S4在第一时钟CK1下驱动。利用图3所示上述实施例，比较器42a和42b的输出信号DA和DB提供给了触发器。
按照图10所示实施例，由于在省略采样保持电路时采用一个时钟而非采用两个时钟，所以简化了信号处理电路的结构。
图12为按照本发明第二较佳实施例的作为线性编码器的磁性编码器结构的示意图。在本实施例中，第二部件2由绝缘衬底201构成。绝缘衬底201为例如采用生片方法制备的多层陶瓷衬底。如图13的剖面图所示，形成了内引线210和引导端202。在与第一部件1相对的绝缘衬底201上形成有凹部203。包括信号处理电路的IC芯片204和另一部分206放置在凹部203上。正如下面将要描述的，MR器件205刻制在IC芯片204的前表面上。端子焊盘例如用粘结引线212连接至衬底的引线210处。包含IC芯片204的凹部203用树脂213密封从而使得凹部203的高度与衬底201周边部分的高度一致。
图14为IC芯片204主要部分结构的剖面图。IC芯片204包括硅衬底300和集成在上面的MOS晶体管301等。IC芯片204的表面被涂覆上由硅氧化膜构成的绝缘层302。绝缘层比较好的是利用平整技术平整形成。与第一部件1相对的多个MR器件(Ma1，Ma2，Mb1和Mb2)205在绝缘层302上排列成列阵。MR器件205通过溅射方法刻制磁阻薄膜(如坡莫合金)形成。
MR器件205的磁阻薄膜应在摄氏几百度的温度下溅射到衬底上。因此在作为IC芯片204的Al构成金属引线滞后，溅射磁阻薄膜不是较佳的方法。因此按照图14所示实施例，在将MR器件205刻制到绝缘层34上后，形成了连接IC芯片204器件的金属引线304。实际上，在形成MR器件205并且形成保护MR器件205的保护薄膜303之后，通过光刻方法形成了接触通孔，从而形成金属引线305。金属引线305被用来互联MR器件205并将MR器件205与互联的IC芯片204连接起来。
图15为按照图12所示实施例的磁性编码器等效电路图。在本实施例中，IC芯片204包括信号放大电路501、内插电路502、计数器503和算法操作电路504。实际上，正如下面将要描述的那样，在IC芯片204上放置了多组四只一组的MR器件205。为简单起见，图15示出了由四只MR器件Ma1，Ma2，Mb1和Mb2的桥式电路构成的位移检测电路30。与图3所示实施例一样，四只MR器件的相位与第一部件1的磁化间距λ对应，分别为0°、90°、180°和270°。因此在两个桥输出端处获得了相位差为90°的两个正弦波信号INA和INB。与图3中的实施例不同，在图1 所示实施例中，位移检测电路30不是间歇驱动的。但是位移检测电路30可以间歇驱动。这用于IC芯片204的每个电路上。
如图15所示，整个系统进一步包括显示器505、电源和各种开关506。显示器505显示位移输出。图15示出了IC芯片204的结构实例。换句话说，IC芯片204可以只包括放大电路501。
以下描述MR器件205的列阵。MR器件应该排列为间距满足以下关系P＝(2N+1)λ/4(N＝0，1，2，...)对相位差为90°的四相MR器件中的m组(m≥2)进行了排列。
图16示出了N＝0时第二部件2和第一部件1上MR器件205列阵的相对相位关系。如图17所示，每组相位为0°的MR器件Ma1，Ma2，...Mam连接为磁性检测器件A以作为电源VDD一侧的桥式部件。同样，每组相位为180°的MR器件Mc1，Mc2，...Mcm串联连接为磁性检测器件C以作为接地VSS一侧的桥式部件。同样，每组相位为90°的MR器件Mb1，Mb2，...Mbm串联连接为磁性检测器件B。同样，每组相位为270°的MR器件Md1，Md2，...Mdm串联连接为磁性检测器件D。这些检测器件A-D在电源VDD与接地VSS之间连接，从而构成电桥。
实际上，假定λ＝400微米而MR器件列阵的组数为m＝5～6，则MR器件列阵区域的长度为2～3毫米。因此IC芯片应该是将MR器件列阵覆盖起来的结构。
图16示出了N＝0的情形。图18示出了N＝1和2时磁化间距λ与MR器件排列之间的关系。换句话说，如果N＝1，则MR器件间距为3λ/4。如果N＝2，则MR器件的间距为5λ/4。由图16清楚可见，当磁化间距λ较小时，N增加则MR器件加工精度要求降低。
如上所述，由于MR器件列阵m组同相位的MR器件串联在一起，所以每个桥式部件的阻抗升高。因此当电源电压不变时，电流减小。因此降低了功耗。当MR器件偏移，第一部件1的磁化间距也偏移，或者磁化强度也偏移时，他们得到了均衡。这样就无需对信号处理部分进行调整。此外无需通过微调方法调整阻值。而且可以减缓磁化强度变差、MR器件图案损坏以及铁粉沾污带来的影响。因此可以获得稳定的特性。
在图14中，示出了将属于IC芯片204器件的MOS晶体管与MR器件Ma1连接起来的引线305。但是当MR器件列阵结构如图16所示时，MR器件应该相互连接起来。图19A-19C示出了图16所示MR器件列阵引线连接结构的实例。图19A为MR器件列阵的平面图。图19B为沿图19A I-I’线剖取的剖面图。图19C为沿图19A II-II’线剖取的剖面图。在该实例中，图14所示金属引线305与金属引线304位于同一层，图16所示MR器件列阵中相位相同的MR器件连接在一起。金属引线305涂覆有保护膜306。
由于金属引线305同样跨越与第一部件1相对的MR器件205，所以金属引线305不会对磁化变化的检测有不利影响。
图20为MR器件205引线的两层引线结构示意图。在水平引线305a位于第一层上(虚线表示)和连接引线305a与MR器件205的垂直引线305b位于第二层上(实线表示)的结构下，相位相同的MR器件串联在一起。虽然引线处理变得复杂起来，但是MR器件无需跨越MR器件205上的引线就互相连接起来。
另一方面，垂直引线305b可以刻制在作为与第一层MR器件相同的材料的磁阻薄膜上。在这种情形下，用虚线表示的水平引线305a形成于第二层上。此时，由于不再需要除MR器件以外的两层引线层，所以引线处理变得简单起来。即使垂直引线由相同的MR器件薄膜构成，当垂直引线305b的长度与图20所示一致时，它们也不会影响磁场变化的检测。
图20只示出了图19所示结构的MR器件的串联引线连接。但是实际上，如图17所示，需要的是将MR器件四只检测器件A，B，C和D连接起来的桥式电路的引线。
IC芯片204的装配结构可以以各种方式改动。图21A和21B为用作第二部件2的FPC结构衬底401的透视图。图21A示出了与第一部件(未画出)相对的表面。图21B示出了与图21A的反面。集成有MR器件205的IC芯片204放置在FPC衬底401的背面，引线402和输入/输出端403印制在正面。
因此IC芯片204和MR器件205通过FPC衬底401与第一部件相对放置。因此电路器件可以有效地防止沾污。
图21所示的装配结构也既可用FPC衬底可以用TAB衬底实现。此外，这种结构也可以用玻璃环氧树脂衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底等实现。
图22为与图12实施例相似的结构的剖面图。图22所示结构用不具有凹部的绝缘衬底201实现。在这种情况下，形成的密封IC芯片204的树脂213呈凸起状。
在上述实施例中，MR器件列阵集成在IC芯片上。但是本发明并不局限于这种结构。相反，本发明可用于MR器件列阵作为独立于信号处理电路之外的第二部件形成于绝缘衬底上的结构。图23A和23B示出了这种结构的实例。图23A为这种结构的平面图。图23B为沿图23A的III-III’剖取的剖面图。在本实施例中，MR器件205形成于具有通孔402的绝缘衬底上。绝缘衬底201由陶瓷等构成。串联连接MR器件205的引线401形成于绝缘衬底201的背面。IC芯片(未画出)放置在作为与第一部件1相对表面的绝缘衬底背面。
在上述实施例中，串联在一起的四只MR器件的检测电路连接成桥式电路。但是本发明也可以有效地应用于另一种MR器件输出信号相差180°的检测系统。
对于本领域内普通技术人员来说，通过阅读上述描述之后在不背离本发明的精神和范围情况下即可对本发明作出各种修改。因此本发明由后面所附权利要求限定。
1996年11月1日提交的日本专利申请No.8-291794作为参考文献包含在这里。
权利要求
1.一种磁性编码器，其特征在于，包括第一部件，包括以预先确定的间距交替排列的N磁极部分和S磁极部分；第二部件，与所述第一部件相对配置，并配置成可相对于所述第一部件运动，所述第二部件具有第一磁阻器件、与所述第一磁阻器件相邻配置的第二磁阻器件、与所述第二磁阻器件相邻配置的第三磁阻器件、以及与所述第三磁阻器件相邻配置的第四磁阻器件，这4个磁阻器件彼此间相位差为90°，并且这4个磁阻器件与所述第一部件磁极间距对应；位移检测电路，用来获取相位差为180°的所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件输出信号之间的差异以输出两相正弦波信号，两相正弦波信号的幅度变化与所述第一和第二部件的相对运动对应，所述位移检测电路由直流电源驱动；信号处理电路，用来根据所述位移检测电路获得的两相正弦波信号产生两相方波信号；以及计数器，用来对所述信号处理电路获取的两相方波信号进行计数以得到所述第一和第二部件的相对位置，其中，在所述第二部件上重复配置多组，每组包括所述第一、第二、第三以及第四磁阻器件，并且各组内相位相同的磁阻器件作为磁检测器件串联连接。
2.如权利要求1所述的磁性编码器，其特征在于，所述第二部件上磁阻器件的间距P表示为P＝(2N+1)λ/4(N＝0，1，2，...)这里λ为所述第一部件的磁化间距。
3.如权利要求1所述的磁性编码器，其特征在于，四相磁阻器件由相位差为180°的磁阻器件串联而成的桥式电路构成。
4.如权利要求1所述的磁性编码器，其特征在于，所述信号处理电路放置在位于所述第二部件上的IC芯片内，并且通过刻制形成于覆盖IC芯片的绝缘薄膜上的磁阻薄膜构成所述磁阻器件。
5.如权利要求4所述的磁性编码器，其特征在于，所述第二部件为形成有引线和引线端的绝缘衬底，IC芯片放置在绝缘衬底第一表面的凹部，第一表面与所述第一部件相对，放置IC芯片的部分用树脂密封成该部分的高度与绝缘衬底周边部分的高度一致。
6.如权利要求4所述的磁性编码器，其特征在于，所述第二部件包括第一和第二表面，第一表面相对所述第一部件放置，第二表面包含引线和输入/输出端，IC芯片放置在第二表面上。
全文摘要
一种磁性编码器，包括N磁极部分和S磁极部分交替排列的的第一部件；被放置成相对于所述第一部件运动的第二部件，包括放置在与第一部件磁极间距对应的位置上的磁阻器件；位移检测电路，用来输出幅度变化与所述第一和第二部件的相对运动对应的两相正弦波信号；信号处理电路，用来产生两相方波信号；计数器，用来对所述信号处理电路获取的两相方波信号进行计数；以及开关电路，用来向所述位移检测电路间歇地提供直流电源输出。
文档编号G01D5/12GK1530628SQ20031010285
公开日2004年9月22日 申请日期1997年10月31日 优先权日1996年11月1日
发明者桐山哲郎 申请人:株式会社三丰
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
