一种预调制磁电阻传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种预调制磁电阻传感器，在XY平面上设置有一衬底，磁电阻感应元件、调制器、电连接器、电绝缘层和键合焊盘均沉积在所述衬底上，所述磁电阻感应元件的感应方向平行于X轴，磁电阻感应元件串连连接成磁电阻感应元件串，所述的调制器由多个调制器棒构成，所述的调制器棒由FM1层、NM层和FM2层三层结构构成，所述的调制器棒的端部之间电连接形成蛇形状的电流路径，所述的调制器棒与磁电阻感应元件之间设置有一层电绝缘层，所述的电绝缘层将所述的调制器棒与所述的磁电阻感应元件隔开。本发明专利技术通过调制电流确保调制信号工作在磁场传感器的线性区域，进一步通过调制磁场改变磁导率，进而实现噪声的抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种预调制磁电阻传感器
本专利技术涉及一种磁电阻传感器，尤其涉及一种预调制磁电阻传感器。
技术介绍
磁电阻传感器受到1/f噪声的限制，限制分辨率在一个低的频率。调制磁场传感器的技术已经发展到将测量信号转换为相对于传感器固有噪声的更高频率，这样可以绕过传感器的1/f噪声。现有技术中包括使用磁通集中器，进一步地，通过使用MEMS相对于彼此以摆动的方式移动传感器和磁通集中器，在传感器的外部提供体积更大些的通量集中器，并且使用一种设置在磁通集中器周围的线圈进行周期性地渗透。在上述两种情况中，目的是为了周期性地改变将要测量到的磁场，该磁场通过传感器感应，称之为预调制的一种方法可以通过传感器信号的输出随后进行调制，这将传感器信号转换为更高的频率，而此时，传感器的噪声变得更小。调制磁场必须足够的小，这样才不引起传感器元件的噪声。通过更大地周期性的磁场对传感器本身进行调制既可引起巴克豪森噪声，并且如果振幅足够大时，它还将产生传感器灵敏度的非线性调制，而非线性调制混合了传感器的低频热磁性噪声进入到调制信号的边频带。当最小的调制磁场出现在传感器中，最佳的降噪并因此最佳信噪比就产生了，这些也正对应于被检测信号的峰值幅度。此外，降噪有益于降低传感器1/f噪声，这是基于下述因素实现的：适当的传感器偏置；适当的传感器材料；足够的传感器的尺寸。最终，且当在足够高的频率调制，这样使得输入信号发生在传感器的白噪声区域；传感器的电阻低，这样约翰逊噪声低；传感器的灵敏度高，这样等效输入噪声小；按照一定的电压或者电流偏置传感器，这样不会引起散射噪声，散射噪声超过了传感器的热约翰逊噪声，降噪达到了最大化。现有技术中的调制方法为：移动磁通集中器或者相对于磁通集中器移动传感器，这两种方法太复杂，花费费用很高；放置传感器在一个大的屏蔽罩中，屏蔽罩周期性的渗透，然而，该方法中屏蔽罩是在传感器的外部，这样体积会变得很大，也很昂贵。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种预调制磁电阻传感器。本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种预调制磁电阻传感器，在XY平面上设置有一衬底，磁电阻感应元件、调制器、电连接器、电绝缘层和键合焊盘均沉积在所述衬底上，所述磁电阻感应元件的感应方向平行于X轴；所述磁电阻感应元件串连连接成磁电阻感应元件串，所述的磁电阻感应元件串电连接成传感器电桥，所述传感器电桥为推挽式半桥电路或推挽式全桥电路；所述的磁电阻感应元件串与所述的键合焊盘电连接，使得偏置电压或者电流流过所述的磁电阻感应元件并探测所述磁电阻感应元件上的电压或电流；所述的调制器与所述的键合焊盘电连接，从所述的键合焊盘得到调制电流，所述调制电流的方向平行于Y轴的方向，所述的调制器使得调制电流通过软铁磁通量集中器周围的导体，在软铁磁通量集中器周围产生磁场来调制软磁通量集中器的磁导率，所述的调制器与磁电阻感应元件之间设置有一层电绝缘层，所述的电绝缘层将所述的调制器与所述的磁电阻感应元件隔开。优选地，所述的磁电阻感应元件为AMR、GMR或者TMR磁感应元件；所述的调制器由多个调制器棒构成，所述的调制器棒的结构为矩形条状，其长轴平行于Y轴方向，其短轴平行于X轴方向，多个所述的调制器棒以阵列形式设置，所述调制器棒之间有间隙，所述间隙的间隔距离方向延X轴方向，所述的调制器棒的端部之间通过电连接器连接成蛇形状的电流路径。优选地，所述的调制器棒是由FM1层、NM层和FM2层三层结构构成，其中FM1层和FM2层是软铁磁体层，NM层是普通金属层；所述NM层的材料为钌或铜，所述NM层的厚度小于5nm，所述FM1层和所述FM2层之间存在反铁磁RKKY耦合作用。优选地，所述的电连接器为金属，所述的电连接器与所述的调制器的上表面、下表面或者侧表面相连；或者，所述的电连接器从FM1层、NM层和FM2层的三层结构中刻蚀。优选地，所述的调制器包括载流线圈和铁磁性矩形体，所述的载流线圈位于铁磁性矩形体的上方，所述的载流线圈与所述的键合焊盘连接。优选地，所述的传感器还包括交流基准电源，所述的交流基准电源以频率f周期性地驱动所述传感器的调制器棒、模拟前端电路、低通滤波器以及混频器，所述的模拟前端电路包括前端处理器和放大器，所述的前端处理器与磁电阻传感器的输出端电容耦合，所述的混频器的输入端电连接到所述的交流基准电源和所述的前端处理器输出端，所述的低通滤波器的输入端电连接所述的混频器的输出端，所述的低通滤波器的输出端提供一个输出信号，所述的输出信号与所述的磁电阻感应元件所检测的磁场的幅值和极性对应。优选地，还包括有优化滤波器，所述优化滤波器与交流基准电源信号或者所述的混频器的一个输入信号电连接；所述优化滤波器通过在交流基准电源信号进入到混频电路之前去除部分频率分量，以及通过转换交流基准电源信号为交流电压信号的方式来调节所述基准电源信号。优选地，所述的交流基准电源信号是单极性的，所述的低通滤波器与所述的混频器的输出端连接，所述的低通滤波器具有频率为F的低频截止频率。优选地，所述的交流基准电源信号是双极性的，所述的磁电阻传感器还包括倍频器，所述的倍频器与所述的交流基准电源以及所述的混频器的输入端电连接，所述的低通滤波器与所述的混频器的输出端连接，所述的低通滤波器具有频率为2F的低频截止频率。优选地，所述传感器电桥包括单一芯片，构成传感器电桥的桥臂沉积在所述单一芯片上；或者所述传感器电桥包括两个或者两个以上互连的芯片，每个独立的芯片均包括磁电阻感应元件串，所述的磁电阻感应元件串电连接成一个或多个传感器电桥的桥臂。优选地，在所述交流基准电源信号位于工作频率范围时，所述的磁电阻传感器元件产生白噪声频率远大于1/f噪声频率。优选地，所述的FM1层和所述的FM2层有不同的剩磁厚度积Mrt，在无外加磁场时，即使交流基准电源信号最大，所述调制电流在传感器位置产生的磁场也为最小。本专利技术的一种预调制磁电阻传感器与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术使用RKKY耦合的FM堆栈形式，通过来自于调制器的调制电流改变所述磁电阻传感器的磁导率，并因此调制磁场；本专利技术能够在传感器元件探测之前进行信号调制，且所述调制电流能够确保调制信号工作在磁电阻传感器的相应线性范围内；进一步通过改变磁导率实现磁场调制和噪声抑制。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为调制信号的频率和传感器噪声的关系示意图；图2为标准的信号调制技术示意图；图3为约翰逊噪声和1/f噪声随频率变化示意图；图4为信号调制和噪声的偏移示意图；图5为本专利技术的一种预调制磁电阻传感器的结构示意图；图6为本专利技术的一种预调制磁电阻传感器的剖视图；图7为本专利技术的一种调制器棒的结构示意图；图8为本专利技术的另一种调制器棒的结构示意图；图9为本专利技术的无调制电流的调制器棒的磁场分布示意图；图10为本专利技术的有调制电流的调制器棒的磁场分布示意图；图11为本专利技术的预调制磁电阻传感器的一种调制器的结构示意图；图12为传感器轴的磁导率与调制电流关系的示意图；图13为施加的调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：在XY平面上设置有一衬底，磁电阻感应元件、调制器、电连接器、电绝缘层和键合焊盘均沉积在所述衬底上，所述磁电阻感应元件的感应方向平行于X轴；所述磁电阻感应元件串联连接成磁电阻感应元件串，所述的磁电阻感应元件串电连接成传感器电桥，所述传感器电桥为推挽式半桥电路或者推挽式全桥电路；所述的磁电阻感应元件串与所述的键合焊盘电连接，使得偏置电压或者电流流过所述的磁电阻感应元件并探测所述磁电阻感应元件上的电压或电流；所述调制器与所述的键合焊盘电连接，从所述键合焊盘得到调制电流，所述调制电流的方向平行于Y轴的方向，所述调制器使得调制电流通过软铁磁通量集中器周围的导体，在软铁磁通量集中器周围产生磁场来调制软铁磁通量集中器的磁导率，所述调制器与磁电阻感应元件之间设置有一层电绝缘层，所述的电绝缘层将所述调制器与所述磁电阻感应元件隔开。

【技术特征摘要】
1.一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：在XY平面上设置有一衬底，磁电阻感应元件、调制器、电连接器、电绝缘层和键合焊盘均沉积在所述衬底上，所述磁电阻感应元件的感应方向平行于X轴；所述磁电阻感应元件串联连接成磁电阻感应元件串，所述的磁电阻感应元件串电连接成传感器电桥，所述传感器电桥为推挽式半桥电路或者推挽式全桥电路；所述的磁电阻感应元件串与所述的键合焊盘电连接，使得偏置电压或者电流流过所述的磁电阻感应元件并探测所述磁电阻感应元件上的电压或电流；所述调制器与所述的键合焊盘电连接，从所述键合焊盘得到调制电流，所述调制电流的方向平行于Y轴的方向，所述调制器使得调制电流通过软铁磁通量集中器周围的导体，在软铁磁通量集中器周围产生磁场来调制软铁磁通量集中器的磁导率，所述调制器与磁电阻感应元件之间设置有一层电绝缘层，所述的电绝缘层将所述调制器与所述磁电阻感应元件隔开。2.根据权利要求1所述的一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：所述的磁电阻感应元件为AMR、GMR或者TMR磁感应元件；所述的调制器由多个调制器棒构成，所述的调制器棒的结构为矩形条状，其长轴平行于Y轴方向，其短轴平行于X轴方向，多个所述的调制器棒以阵列形式设置，所述调制器棒之间有间隙，所述间隙的间隔距离的方向延X轴方向，所述的调制器棒的端部之间通过电连接器连接成蛇形状的电流路径。3.根据权利要求2所述的一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：所述的调制器棒是由FM1层、NM层和FM2层三层结构构成，其中FM1层和FM2层是软铁磁体层，NM层是普通金属层；所述NM层的材料为钌或铜，所述NM层的厚度小于5nm，所述FM1层和所述FM2层之间存在RKKY耦合作用。4.根据权利要求3所述的一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：所述电连接器为金属，所述的电连接器与所述的调制器的上表面、下表面或者侧表面相连；或者所述电连接器从FM1层、NM层和FM2层的三层结构中刻蚀。5.根据权利要求1所述的一种预调制磁电阻传感器，其特征在于：所述调制器包括载流线圈和铁磁性矩形体，所述的载流线圈位于铁磁性矩形体的上方，所述载流线圈与所述的键合焊盘连接。6.根据权利要求3所述的一种预调制磁电阻传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32