[發(fā)明專利]TMR磁場傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110479973.8
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113093070A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明;關(guān)蒙萌;黃豪;胡忠強(qiáng);周子堯;朱家訓(xùn)
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海多創(chuàng)科技有限公司
• 主分類號: G01R33/10
• 分類號: G01R33/10;G01R33/09
• 代理公司: 廣東朗乾律師事務(wù)所 44291
• 代理人: 楊煥軍

TMR磁場傳感器，包括連接成全橋電路的TMR單元，全橋電路的每一個橋臂上均設(shè)置有一個TMR單元，相鄰橋臂上的TMR單元的對外磁場敏感方向相反，相對橋臂上的TMR單元的對外磁場敏感方向相同，兩個供電端子中一個接電源，另一個接地；至少一個負(fù)電容電路，負(fù)電容電路與某一橋臂上的TMR單元并聯(lián)，負(fù)電容電路的一端與接地的供電端子相連、另一端與一個輸出端子相連，負(fù)電容電路兩端的等效電容和與其并聯(lián)的TMR單元的寄生電容的符號相反。本發(fā)明在TMR磁場傳感器中設(shè)置和TMR單元并聯(lián)的負(fù)電容電路，通過負(fù)電容電路補(bǔ)償推挽全橋電路的寄生電容，進(jìn)而補(bǔ)償推挽全橋電路的寄生電容，實現(xiàn)TMR磁場傳感器的測量頻率范圍的拓展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感測量技術(shù)領(lǐng)域，尤指涉及一種TMR磁場傳感器。

背景技術(shù)

TMR元件是一種新型的磁電阻效應(yīng)傳感器，其相較于AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率、更好的溫度特性和線性度等優(yōu)點，在工業(yè)環(huán)境中得到了廣泛應(yīng)用。TMR磁場傳感器的輸出靈敏度受到自身測量頻率范圍的限制，當(dāng)測量頻率范圍在TMR磁場傳感器的工作頻率范圍內(nèi)時，TMR磁場傳感器的輸出靈敏度衰減可在-3dB以下，變化的磁場信號能夠被較好地還原，而當(dāng)測量頻率范圍超出TMR磁場傳感器的工作頻率范圍時，TMR磁場傳感器的輸出靈敏度衰減就會超過-3dB，從而導(dǎo)致測量變化磁場信號的失真。TMR磁場傳感器的可測量磁場頻率范圍和靈敏度主要受TMR磁傳感器芯片的寄生電容、TMR元件的電阻值、傳感器的電路結(jié)構(gòu)等因素的影響。為了提高TMR磁場傳感器的磁場測量范圍，人們提出了如優(yōu)化芯片的版圖布局、減小TMR元件的電阻值以及改變TMR傳感器的電路結(jié)構(gòu)等多種方法，但這些方法在應(yīng)用中仍存在局限。

通過優(yōu)化芯片的版圖布局，減小線路和元件之間的寄生電容可以擴(kuò)展TMR磁場傳感器的工作頻率范圍，從而拓寬TMR磁場傳感器的磁場測量頻率范圍。但是TMR磁傳感器的芯片版圖尺寸已經(jīng)是微米級別，通過優(yōu)化版圖來減小寄生電容的作用有限，對TMR磁場傳感器測量頻率的提升也有限。

通過減小TMR單元的電阻值來拓展TMR磁場傳感器的測量磁場頻率范圍主要是通過調(diào)節(jié)TMR單元的材料配方，通過獲取不同RA值的材料來得到不同阻值的TMR單元。RA值是指TMR單元材料的電阻*面積值，在材料配方不變的情況下RA值是固定值，材料的RA值越小，在厚度不變的情況下可以得到更小的電阻值。而TMR材料配方還有另一個衡量指標(biāo)——TMR值，TMR值是指TMR電阻值在磁場中的變化量與最小電阻值的比值，即(最大電阻值-最小電阻值)/最小電阻值，通常希望獲得較高的TMR值。在傳感器其它結(jié)構(gòu)不變的情況下，TMR單元的阻值越小，其所形成的TMR磁場傳感器的工作頻率范圍就越大。但由于需要更改TMR單元的材料配方，可能存在材料的RA值和TMR值不兼容的風(fēng)險，所選配方要同時滿足較高的TMR值以及較小的RA值會增加研發(fā)成本。另一方面，減小TMR元件的電阻值就要求降低TMR磁傳感器的外加工作電壓，以避免工作電流過大，而降低TMR磁傳感器的工作電壓會造成TMR磁傳感器的輸出信號幅值減小，不利于TMR磁場傳感器的應(yīng)用。

改變傳感器的電路結(jié)構(gòu)也可以拓寬TMR磁場傳感器的測量磁場頻率范圍，如將TMR單元連接成單橋電路，單橋電路相較于全橋電路結(jié)構(gòu)更簡單，因此相比于全橋電路也具有更少的寄生電容，寄生電容越小，TMR磁場傳感器的工作頻率范圍就越大，從而具有更寬的頻率測量范圍。但單橋電路相比于推挽全橋結(jié)構(gòu)，靈敏度較低，僅為全橋TMR磁場傳感器的一半。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種測量頻率范圍寬的TMR磁場傳感器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：