[發(fā)明專利]具有增加的SNR的磁場傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110059778.X
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN112858965A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設計）人: P·G·馬瑟;A·莫汗
• 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
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 郭萬方

本公開涉及具有增加的SNR的磁場傳感器。公開了用于改進磁場傳感器的信噪比(SNR)的各種手段，用于低功率和高分辨率磁感測。這種改進可以通過減少寄生效應、增加感測元件封裝密度、交錯Z軸布局以減少消減效應、以及優(yōu)化Z軸感測元件與磁通引導器之間的對準等來完成。

本申請是于2016年4月29日提交的、申請?zhí)枮?01680023898.1、發(fā)明名稱為“具有增加的SNR的磁場傳感器”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

對相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年5月1日提交的美國臨時申請No.62/156,013；于2015年4月29日提交的臨時申請No.62/154,210；以及于2016年4月28日提交的美國非臨時申請No.15/141,461的優(yōu)先權權益，所有這些申請都通過引用被結合于此。

技術領域

本發(fā)明一般而言涉及磁場傳感器領域，并且更具體而言，涉及增加磁場傳感器的信噪比(SNR)的方法。

背景技術

磁場傳感器已經被廣泛用于諸如計算機、膝上型電腦、媒體播放器、智能電話等的各種電子設備中。存在幾種可以用于檢測磁場的技術/設備。隧道磁阻(Tunneling Magnetoresistance，TMR)是用于手持式應用的有前景的磁感測技術，因為與其它磁傳感器相比，它在靈敏度、功率和工藝成本方面具有優(yōu)點。磁場感測中的另一個緊密相關的技術是巨磁阻(Giant Magneto resistance，GMR)，并且所公開的實施例中的許多實施例同樣很好地適用基于GMR的感測技術。

TMR元件由被非磁性絕緣隧道勢壘(barrier)隔開的兩個鐵磁層組成。一個層具有在磁場中“自由”旋轉的磁化方向。另一個層(基準層)具有當在有興趣感測的中等至低強度的磁場中時不旋轉的“固定的”基準磁化。如果兩個層的磁化方向彼此平行，那么隧道勢壘的電阻低。相反，當磁化方向為反平行時，電阻高。因此，基于TMR的磁場傳感器通過由于磁性自由層響應于場相對于固定層的基準磁化的磁化方向的角度變化而導致的電阻變化將磁場轉換成電信號。

磁傳感器的性能可以通過其信噪比(SNR)來定義。具有高SNR的磁傳感器需要高功率操作來實現期望的輸出信號質量，并且通常不適用于其中需要高精度磁場測量的情況。

因此，期望具有有效增加用于較低功率和高分辨率磁感測的磁場傳感器的信噪比(SNR)的系統(tǒng)、設備和方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的某些實施例提供有效增加用于低功率、高分辨率磁感測的TMR磁場傳感器的SNR的系統(tǒng)、設備和方法。

根據本發(fā)明的各種實施例，公開了用于改進TMR場傳感器的SNR的各種手段。這種改進可以通過減少寄生效應、增加感測元件封裝密度、交錯Z軸布局以減少消減效應(subtractive effect)、以及優(yōu)化Z軸感測元件與磁通引導器之間的對準等來實現。

在某些實施例中，磁傳感器用惠斯通橋電路構建，其中每個支路包括相同數量的感測元件。這樣的設計可以避免對平面場的差異響應，因為所有元件都以相同的方式響應。此外，為了平衡的感測電流流動(例如，為了每個感測元件有相等的SNR加權)，采用每金屬磁隧道(metal magnetic tunnel，MMT)偶數個感測元件(優(yōu)選為4個感測元件)，并且感測電流豎直地流過磁隧道結(magnetic tunnel junction，MTJ)感測元件并且垂直于MMT朝向，MMT將相鄰的感測元件互連以使電阻損耗最小。