[發明專利]一種磁傳感器

有效

• 申請號: 201580026554.1
• 申請日: 2015-03-13
• 公開（公告）號: CN106662622B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: B·N·恩格爾;P·G·馬瑟
• 申請（專利權）人: 艾沃思賓技術公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R33/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 魏小薇

本發明涉及一種磁傳感器。所公開的實施例涉及實現斬波技術和相關結構來抵消隧穿磁阻(TMR)場傳感器中的磁1/f噪聲作用。TMR場傳感器包括：第一橋電路，其包括用于感測磁場的多個TMR元件；以及第二電路，其用于向各TMR元件施加雙極電流脈沖。電流線連續地或順序連接到場源，以接收雙極電流脈沖。場傳感器具有包括響應于雙極脈沖的高輸出和低輸出的輸出。此不對稱響應允許進行場傳感器中的1/f噪聲減小的斬波技術。

技術領域

本發明一般涉及磁場傳感器的場，更具體地涉及減小磁場傳感器中的噪聲和偏移的方法。

背景技術

磁場傳感器常用于諸如計算機、便攜式計算機、媒體播放器、智能電話等各種電子裝置。存在可用于檢測磁場的許多技術/裝置。隧穿磁阻(TMR)由于它相比于其他磁傳感器而言在靈敏度、功率和處理成本方面有優勢，導致它是有前途的用于手持機應用的磁感測技術。磁場感測中的另一種密切相關技術是巨磁阻(GMR)。

TMR元件由通過非磁性、絕緣隧道勢壘分隔的兩個鐵磁層組成。一個層具有“自由”地在磁場中旋轉的磁化方向。另一個層具有“固定的”參考磁化，該參考磁化在所感測關注的中等至低強度的磁場中時不旋轉。如果這兩個層的磁化方向彼此平行，則隧道勢壘的電阻低。相反地，當磁化方向反平行時，電阻高?；赥MR的磁場傳感器因此通過電阻改變將磁場轉換成電信號，該電阻改變是由于磁自由層相對于固定層的角度響應于場而改變所導致的。

在這種類型的傳感器中，因層中的一個或兩個中的區域的磁取向波動造成磁1/f噪聲。這些波動形成在目標信號中作為噪聲出現的不同時標處的電阻改變并且不可被簡單過濾出。1/f噪聲(也被稱為粉紅噪聲)是具有與信號頻率成反比的頻譜密度(能量或功率/Hz)的信號或波動處理。另外，還會因任一磁性膜中的區域的磁取向的差異而形成零場偏移，該差異可取決于傳感器中的溫度或應力。

因此，將期望的是具有有效減小TMR磁場傳感器中的1/f噪聲和偏移的系統、裝置和方法。

發明內容

本發明的某些實施例提供了使用特有的雙極斬波(chopping)技術來抵消TMR傳感器內的1/f噪聲和偏移作用的系統、裝置和方法。如之前描述的，TMR磁場傳感器中存在磁1/f磁噪聲并且該噪聲可減弱這些傳感器的性能和靈敏度。在用于圍繞和運動感測應用的低頻(＜100Hz)下，1/f磁噪聲作用變得顯著。該噪聲表明TMR傳感器橋的零場偏移的低頻彎曲(meander)，從而降低精度。

根據本發明的各種實施例，實現斬波技術和相關結構來抵消TMR場傳感器內的磁1/f噪聲作用和偏移。TMR場傳感器包括第一橋電路，第一橋電路包括被配置成感測磁場的多個TMR元件。各TMR元件包括通過非磁性、絕緣隧道勢壘分隔的第一鐵磁層和第二鐵磁層。TMR場傳感器還包括第二電路，第二電路被配置成與TMR元件中的每個相鄰地施加雙極電流脈沖。

在某些實施例中，第二電路包括與第一橋電路的各TMR元件的第二(固定)鐵磁層相鄰地布置的多個內置電流線。所述電流線連續或順序地連接到場源并且向所有電流線施加所述雙極電流信號。當施加雙極電流脈沖時，在第一(自由)鐵磁層上生成磁場脈沖。根據所施加電流脈沖的極性，所生成的磁場將第一自由鐵磁層切換成第一或第二對準(alignment)。

當與TMR元件中的每個相鄰施加雙極電流脈沖時，自由層取向切換成與電流脈沖極性對準。在脈沖完成之后，針對自由層對準的該極性，測量傳感器輸出。在各自由層極性處測得的所測得傳感器輸出信號沒有改變符號，但磁1/f噪聲作用和偏移改變符號。這個不對稱響應允許斬波技術，在該技術中，以所期望的輸出數據速率的至少兩倍的重復速率，在第一時間段中在第一方向上施加磁場，然后在第二時間段中向第二方向施加磁場。這兩個時間段的傳感器輸出信號被組合，因此相長地添加了磁場感測信號，但是1/f噪聲和偏移作用被抵消。在一個實施例中，在所述第一方向和所述第二方向上施加的磁場與自由鐵磁層完全對準。在另一個實施例中，針對所期望(或更好的)切換分布，在所述第一方向和所述第二方向上施加的磁場與自由鐵磁層成偏移角度取向對準。