[發明專利]一種垂直靈敏的磁傳感器閉環式芯上在位反饋裝置

在審

• 申請號: 201910620145.4
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110398703A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 白茹;王志強;錢正洪
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開了一種垂直靈敏的磁傳感器閉環式芯上在位反饋裝置，包括硅基襯底、通量引導器、四個相同的磁敏電阻以及信號反饋線圈、運算放大器和功率放大器，本發明通過在推拉式垂直靈敏的磁傳感器芯片設置芯上在位信號反饋線圈，當通有反饋電流時信號反饋線圈上方的兩對磁敏電阻敏感軸方向上產生大小相等方向相反的磁場信號，分別抵消原信號磁場，而形成閉環式反饋結構，該芯上在位反饋裝置設計能夠有效改善傳感器輸出線性度，提高測量精度，降低功耗，具有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于磁傳感器技術領域，涉及一種垂直靈敏的磁傳感器閉環式芯上在位反饋裝置。

背景技術

隨著磁傳感器領域的迅速發展，其應用越來越廣泛，目前的垂直磁傳感器大量應用于消費電子領域例如手機等以及電子羅盤移動設備中，該類產品要求較小的封裝尺寸以及較高的測量穩定性。

現有的垂直靈敏的磁傳感器多為Z軸封裝式設計，Z軸封裝是將傳感芯片的靈敏軸垂直水平面封裝，例如專利CN 102426344 A，名稱為一種三軸磁場傳感器的發明專利，其采用三個傳感器封裝集成的方法，其中Z軸的傳感器采用垂直平面放置來測量垂直方向的磁場。該種辦法制成傳感器體積大，封裝成本大，工藝復雜，穩定性低且封裝易斷裂等。盡管存在單芯集成的垂直靈敏的磁傳感器，但目前均采用開環式設計，例如申請號為201820341886.X的名稱為一種推拉式垂直靈敏磁傳感，其利用通量引導器將垂直方向的Z軸磁場轉化成平面內的漏磁磁場分量，實現垂直方向上的磁場檢測，但是該種設計在測量較大磁場的情況下磁敏電阻容易磁飽和而且在測量時磁滯較大，很大程度上影響傳感器的測量帶寬、測量精度以及線性度，而且開環設計線性度差，測量精度低，難以滿足現代產業的需求。帶反饋式設計能夠利用反饋系統本身糾正傳感器測量誤差，但是目前垂直磁傳感芯片尚未出現芯上在位反饋設計的案例，故亟需一款閉環式芯上在位反饋的垂直靈敏的磁傳感器解決上述問題。

發明內容

本發明的目的就是提供一種垂直靈敏的磁傳感器閉環式芯上在位反饋裝置。

本發明一種垂直靈敏的磁傳感器閉環式芯上在位反饋裝置，包括硅基襯底、通量引導器、四個相同的磁敏電阻、信號反饋線圈、運算放大器和功率放大器；

所述的通量引導器為矩形空心結構，通量引導器與四個磁敏電阻均設置在同一硅基襯底上，四個磁敏電阻分為兩對分別設置在矩形空心結構的通量引導器左右兩側的兩相互平行的對邊內側，兩對磁敏電阻關于矩形空心結構的通量引導器的中心豎軸線對稱，四個磁敏電阻的敏感軸方向一致均垂直于通量引導器左右兩側對邊；通量引導器將垂直磁場信號誘導到平面內方向，在磁敏電阻處產生一個面內磁場分量并且在兩對磁敏電阻敏感軸方向上產生信號磁場的分量大小相等、方向相反；

所述的信號反饋線圈為兩邊相互平行的U型結構，信號反饋線圈設置在磁敏電阻下方的硅基襯底上，信號反饋線圈的兩平行邊分別設置在兩對磁敏電阻的正下方，通反饋電流時的信號反饋線圈在兩對磁敏電阻敏感軸方向上產生大小相等、方向相反的反饋磁場；

所述的通量引導器左側的一對磁敏電阻與通量引導器右側的一對磁敏電阻分別形成兩個半橋，四個磁敏電阻組成一個推拉式的惠斯通電橋結構，該矩形空心結構的通量引導器與四個磁敏電阻的位置配置可檢測垂直平面的磁場信號；

所述的信號反饋線圈的輸出端與接地端之間設置有一個檢測電阻；惠斯通電橋的輸出端連接在運算放大器的輸入端，運算放大器的輸出端連接在功率放大器上的輸入端，功率放大器的輸出端連接在信號反饋線圈上并形成閉環式反饋結構。

所述的通量引導器采用鎳系、鈷系或鐵系軟磁材料制成。

所述的磁敏電阻選用巨磁電阻或隧道結磁電阻。

所述信號反饋線圈采用非磁性、低阻值、良導電性的金屬銀、銅、鋁或金制成。