[實用新型]閉環式芯上反饋的寬量程垂直靈敏磁傳感器

有效

• 申請號: 201921833744.6
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN211180162U
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 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

本實用新型公開了一種閉環式芯上反饋的寬量程垂直靈敏磁傳感器，包括硅基襯底、通量引導器、磁敏電阻、信號反饋線圈、運算放大器和功率放大器,本實用新型通過在推拉式垂直靈敏的磁傳感器芯片上設置在位信號反饋線圈，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，有效改善傳感器輸出線性度，提高測量精度，降低功耗；利用磁敏電阻距通量引導器間距不同，進而使得磁敏電阻接收的水平方向磁場分量不同，實現分別對大磁場和小磁場不同量程檢測的目的。

技術領域

本實用新型屬于磁傳感器技術領域，涉及一種閉環式芯上反饋的寬量程垂直靈敏磁傳感器。

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實用新型專利，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。專利CN 103995240B的名稱為一種磁電阻Z軸梯度傳感器芯片，該實用新型利用通量引導器將Z軸磁場分量在XY平面內。但是該實用新型主要利用通量引導器將Z軸磁場引導在XY平面內對Z軸梯度進行測量。現有的磁敏元件構成的傳感器為了保證其靈敏度，其檢測磁場的區間多在正負10Gs內，對較大磁場檢測能力不足。

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。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術方案的不足，提供一種閉環式芯上反饋的寬量程垂直靈敏磁傳感器。

本實用新型包括硅基襯底、通量引導器、四個相同的磁敏電阻、一個信號反饋線圈、運算放大器和功率放大器；

所述的通量引導器為長條形結構，與四個磁敏電阻均設置在同一硅基襯底上，通量引導器的正下方設置兩個被屏蔽的用于參考的磁敏電阻，通量引導器左右兩側各設置有一個磁敏電阻，這兩個磁敏電阻關于通量引導器左右對稱，這兩個磁敏電阻的敏感軸方向處于同一水平線且方向一致，均垂直于通量引導器左右兩側面；通量引導器將垂直磁場信號誘導到平面內方向，在其兩側的磁敏電阻處產生一個面內磁場分量，且在兩個磁敏電阻敏感軸方向上產生的信號磁場分量大小相等、方向相反；

所述的通量引導器左右兩側對稱的磁敏電阻組成一組半橋，通量引導器正下方設置的兩個被屏蔽的用于參考的磁敏電阻組成另一組半橋，四個磁敏電阻共同組成一個推拉輸出的惠斯通電橋結構；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的下方的硅基襯底上，信號反饋線圈兩平行邊分別設置在通量引導器左右兩側的磁敏電阻的正下方，通反饋電流時的信號反饋線圈在通量引導器兩側磁敏電阻的敏感軸方向上處產生大小相等方向相反的磁場信號；

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反饋結構。