一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，包括两组相互垂直设置的磁场传感单元，各组磁场传感单元包括开关电路和两个对称设置的磁场传感阵列切片，开关电路分别与各磁场传感阵列切片连接，用于切换两个磁场传感阵列切片之间的导通状态，形成可变化的桥式结构，以获得三轴推挽式全桥磁场传感器，从而能够测量X轴、Y轴和Z轴的磁场变化，使得在测试过程中磁电阻对外磁场呈现明显的线性变化，同时可排除非敏感轴方向磁场造成的测量误差，提高了测量精度。此外，本申请提出的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器采用一种磁场传感阵列切片结构，设计和工艺简单，降低了设计和工艺难度，有利于提高生产效率和质量。有利于提高生产效率和质量。有利于提高生产效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器


[0001]本专利技术涉及磁场传感器领域，特别涉及一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器。

技术介绍

[0002]磁电阻传感器利用隧穿磁阻效应(Tunneling magnetoresistance effect,TMR)、各向异性磁电阻效应(Anisotropic magnetoresistance,AMR)或巨磁电阻效应(Giant magnetoresistance,GMR)将外磁场反映为明显的低阻态或高阻态，并通过引入适合的结构实现一定磁场范围内，磁电阻阻值随外磁场变化呈现出明显的线性变化。相较于现有传统霍尔磁场传感器、磁通门传感器等，磁电阻传感器在灵敏度和小型化微型化方面具有综合性优势，在集成磁场、电流传感领域得到了广泛的应用。
[0003]然而，基于TMR、GMR的磁电阻传感器通常只具有X轴、Y轴或Z轴的单轴线性敏感特性，且该单轴传感单元的信号会受到非敏感轴方向磁场的干扰，由此造成一定的测量误差。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器。
[0005]本申请实施例提供了一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，包括：两组相互垂直设置的磁场传感单元，各组所述磁场传感单元包括开关电路和两个对称设置的磁场传感阵列切片，所述开关电路分别与各所述磁场传感阵列切片连接，用于切换两个所述磁场传感阵列切片之间的导通状态；其中，各所述磁场传感阵列切片包括：
[0006]两个磁场传感阵列，各所述磁场传感阵列用于感测磁场；
[0007]磁通量控制模块，位于各所述磁场传感阵列上方。
[0008]在其中一个实施例中，各所述磁场传感阵列包括两个相互平行设置的磁阻传感元件串结构，各所述磁阻传感元件串结构包括至少一行相互电连接的磁阻传感元件串。
[0009]在其中一个实施例中，所述磁阻传感元件串包括多个相互连接的磁阻传感元件。
[0010]在其中一个实施例中，各所述磁阻传感元件为椭圆形或矩形的磁阻传感元件，其中，各所述磁阻传感元件的短轴方向为钉扎层的磁化方向，与所述磁通量控制模块的短边方向平行，各所述磁阻传感元件的长轴方向与钉扎层的磁化方向垂直，与磁通量控制模块的长边方向平行。
[0011]在其中一个实施例中，在无外磁场条件下，各所述磁阻传感器元件的磁性自由层的磁化方向平行磁电阻传感元件的长轴方向。
[0012]在其中一个实施例中，所述磁通量控制模块为矩形长条结构，所述磁通量控制模块长边方向垂直于所述磁阻传感器元件的钉扎层的磁化方向，所述磁通量控制模块短边方向平行于所述磁阻传感器元件的钉扎层的磁化方向，各所述磁通量控制模块沿短边方向排列，相邻两个所述磁通量控制模块之间具有间隙；其中，每两行相邻的所述磁阻传感元件串
位于磁通量控制模块下方，且沿磁通量控制模块长边方向等距离排列。
[0013]在其中一个实施例中，各所述磁场传感单元包括第一磁场传感阵列切片和第二磁场传感阵列切片；其中，所述第一磁场传感阵列切片包括第一磁阻传感元件串结构、第二磁阻传感元件串结构、第三磁阻传感元件串结构和第四磁阻传感元件串结构；所述第二磁场传感阵列切片包括第五磁阻传感元件串结构、第六磁阻传感元件串结构、第七磁阻传感元件串结构和第八磁阻传感元件串结构；其中，
[0014]所述第一磁阻传感元件串结构和所述第五磁阻传感元件串结构中心对称，所述第二磁阻传感元件串结构和所述第六磁阻传感元件串结构中心对称，所述第三磁阻传感元件串结构和所述第七磁阻传感元件串结构中心对称，所述第四磁阻传感元件串结构和所述第八磁阻传感元件串结构中心对称。
[0015]在其中一个实施例中，控制所述开关电路使所述第一磁阻传感元件串结构的第一端与所述第五磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第二磁阻传感元件串结构的第一端与所述第六磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第三磁阻传感元件串结构的第一端与所述第七磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第四磁阻传感元件串结构的第一端与所述第八磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第一磁阻传感元件串结构的第二端和所述第四磁阻传感元件串结构的第二端均与偏置电压连接，所述第二磁阻传感元件串结构的第二端和所述第三磁阻传感元件串结构的第二端均接地，所述第五磁阻传感元件串结构的第一端和所述第六磁阻传感元件串结构的第一端连接且为第一输出端，所述第七磁阻传感元件串结构的第一端和所述第八磁阻传感元件串结构的第一端连接且为第二输出端，以测量Z轴方向磁场。
[0016]在其中一个实施例中，控制所述开关电路使所述第一磁阻传感元件串结构的第一端与所述第二磁阻传感元件串结构的第一端连接，所述第五磁阻传感元件串结构的第二端与所述第六磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第三磁阻传感元件串结构的第二端与所述第四磁阻传感元件串结构的第二端连接，所述第七磁阻传感元件串结构的第一端与所述第八磁阻传感元件串结构的第一端连接，所述第一磁阻传感元件串结构的第二端和所述第七磁阻传感元件串结构的第二端均与偏置电压连接，所述第三磁阻传感元件串结构的第一端和所述第五磁阻传感元件串结构的第一端均接地，所述第二磁阻传感元件串结构的第二端和所述第六磁阻传感元件串结构的第一端连接且为第一输出端，所述第四磁阻传感元件串结构的第一端和所述第八磁阻传感元件串结构的第二端连接且为第二输出端，以测量X轴或Y轴方向磁场。
[0017]在其中一个实施例中，所述第一输出端和所述第二输出端之间的输出电压V＝(R1
‑
R2)Vbias/(R1+R2)；其中，R1表示为所述第一磁阻传感元件串结构或所述第三磁阻传感元件串结构的等效电阻，R2表示为所述第二磁阻传感元件串结构或所述第四磁阻传感元件串结构的等效电阻，Vbias表示所述偏置电压。
[0018]上述实施例提供的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，包括两组相互垂直设置的磁场传感单元，各组磁场传感单元包括开关电路和两个对称设置的磁场传感阵列切片，开关电路分别与各磁场传感阵列切片连接，用于切换两个磁场传感阵列切片之间的导通状态，形成可变化的桥式结构，以获得三轴推挽式全桥磁场传感器，从而能够测量X轴、Y轴和Z轴的磁场变化，使得在测试过程中磁电阻对外磁场呈现明显的线性变化，同时可排除非敏
感轴方向磁场造成的测量误差，提高了测量精度。此外，本申请提出的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器采用一种磁场传感阵列切片结构，设计和工艺简单，降低了设计和工艺难度，有利于提高生产效率和质量。
附图说明
[0019]图1为一个实施例提供的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器的结构示意图；
[0020]图2为一个实施例提供的磁场传感阵列的结构示意图；
[0021]图3为一个实施例提供的磁场传感单元的结构示意图；
[0022]图4为另一个实施例提供的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器的结构示意图；
[0023]图5为一个实施例提供的开关电路的结构示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，包括：两组相互垂直设置的磁场传感单元，各组所述磁场传感单元包括开关电路和两个对称设置的磁场传感阵列切片，所述开关电路分别与各所述磁场传感阵列切片连接，用于切换两个所述磁场传感阵列切片之间的导通状态；其中，各所述磁场传感阵列切片包括：两个磁场传感阵列，各所述磁场传感阵列用于感测磁场；磁通量控制模块，位于各所述磁场传感阵列上方。2.根据权利要求1所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，各所述磁场传感阵列包括两个相互平行设置的磁阻传感元件串结构，各所述磁阻传感元件串结构包括至少一行相互电连接的磁阻传感元件串。3.根据权利要求2所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，所述磁阻传感元件串包括多个相互连接的磁阻传感元件。4.根据权利要求3所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，各所述磁阻传感元件为椭圆形或矩形的磁阻传感元件，其中，各所述磁阻传感元件的短轴方向为钉扎层的磁化方向，与所述磁通量控制模块的短边方向平行，各所述磁阻传感元件的长轴方向与钉扎层的磁化方向垂直，与磁通量控制模块的长边方向平行。5.根据权利要求4所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，在无外磁场条件下，各所述磁阻传感器元件的磁性自由层的磁化方向平行磁电阻传感元件的长轴方向。6.根据权利要求2所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，所述磁通量控制模块为矩形长条结构，所述磁通量控制模块长边方向垂直于所述磁阻传感器元件的钉扎层的磁化方向，所述磁通量控制模块短边方向平行于所述磁阻传感器元件的钉扎层的磁化方向，各所述磁通量控制模块沿短边方向排列，相邻两个所述磁通量控制模块之间具有间隙；其中，每两行相邻的所述磁阻传感元件串位于磁通量控制模块下方，且沿磁通量控制模块长边方向等距离排列。7.根据权利要求1所述的三轴全桥电路变换式线性磁场传感器，其特征在于，各所述磁场传感单元包括第一磁场传感阵列切片和第二磁场传感阵列切片；其中，所述第一磁场传感阵列切片包括第一磁阻传感元件串结构、第二磁阻传感元件串结构、第三磁阻传感元件串结构和第四磁阻传感元件串结构；所述第二磁场传感阵列切片包括第五磁阻传感元件串结构、第六磁阻传感元件串结构、第七磁阻传感元件串结构和第八磁阻传感元件串结构；其中，所述第一磁阻传感元件串结构和所述第五磁阻传感元件串结构中心对称，所述第二磁阻传感元件串结构和所述第六磁阻传感元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：田兵，李鹏，骆柏锋，吕前程，尹旭，张佳明，林跃欢，刘胜荣，王志明，韦杰，谭则杰，陈仁泽，
申请(专利权)人：南方电网数字电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：