【技术实现步骤摘要】
本文描述的创新方案涉及一种磁阻磁场传感器。该磁阻磁场传感器具有多个磁阻传感器元件，其电导或电阻响应于施加的外部磁场而改变。在这里提出的磁阻磁场传感器中，能够以简单且成本高效的方式和方法移动磁工作点和/或电工作点，使得相应的工作点处于不等于零(b≠0t)的磁场强度中。
技术介绍
1、磁阻传感器也被简称为xmr传感器。这包括例如tmr传感器(隧道磁阻)、amr传感器(各向异性磁阻)、gmr传感器(巨磁阻)、cmr传感器(庞磁阻)等。
2、原则上，在磁阻传感器的情况下，当传感器暴露于磁场时，磁阻传感器的电阻或电导发生变化。原则上，xmr传感器在此识别平行于参考方向的场强。这通过借助于不同的磁阻传感器元件的基于电阻的测量来进行。
3、作为xmr传感器的一个示例，列举基于磁隧道电阻原理的tmr传感器。磁隧道电阻基于在磁隧道结、所谓的mtj(磁隧道结)中出现的磁阻效应。mtj在最简单的情况下包括两个铁磁层(fml)，例如由cofe制成。在两个铁磁层之间存在隧道势垒层(tb)，例如由al2o3或mgo制成。如果隧道势垒足够薄，通常为几纳米或更薄，则电子可以从一个铁磁层“隧穿”通过隧道势垒到达其他铁磁层。这种状态在传统的物理学中被禁止，因此磁隧道电阻的原理是纯量子力学现象。
4、与gmr效应类似，由反铁磁体构成的层被布置成与两个铁磁层中的一个铁磁层相邻。反铁磁层用于在一个方向上固定直接邻接的铁磁层的磁化方向，使得其固定的磁化方向不能被外部场改变。直接邻接反铁磁层的这个铁磁层因此也被称为固定层或钉扎层(pl)。
5、自由层的磁化方向例如可以借助外部磁场旋转。在此，自由层相对于钉扎层的取向或磁化方向确定隧道触点的电导或电阻。如果自由层的磁化方向平行于钉扎层的磁化方向延伸，则电子可以更容易地隧穿隧道势垒，由此隧道触点(mtj)具有高电导或低电阻。相反，如果自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向对置、即反平行地定向，则电子不再能够如此简单地隧穿隧道势垒，由此提高隧道触点(mtj)的电阻或者说减小其电导。
6、由于上述原因，xmr传感器可以例如用作测量线性行进距离的传感器、或者也用作角度传感器(360°)，其中，可以借助mtj的电导确定外部磁场的取向。在此，所检测的原始信号作为差分输出信号被提供用于通过微控制器的处理。
7、如果，例如通过施加的磁各向异性，mtj的自由层具有用于其磁化的固有复位力，则可以将传感器用于探测外部施加的磁场的场强。这样的磁各向异性例如可以通过偏置场也或者通过经由结构形状引发的形状各向异性来施加。该各向异性于是导致：随着外部磁场强度的增加，自由层的磁化改变并且在关断外部磁场之后占据其定义的初始状态。作为结果，获得随着外部磁场的线性电导变化，该线性电导变化可以用于测量外部磁场强度。用于提供定义的基态的另外可行方案是使用自由层几何形状，该自由层几何形状出于能量原因迫使构造自由层的涡流磁化，如下面进一步详细解释的那样。
8、与amr和gmr传感器不同，在tmr变型方案中，电流方向在层平面中不是水平的，而是垂直的。这也被称为cpp配置(电流垂直于平面)。此外，基于xmr的技术具有比硅基霍尔元件高一百倍的信噪比的优点。该优点使得能够提高基于tmr的磁场传感器的带宽，并且因此高精度和快速的测量才是可能的。在tmr传感器中，由于所基于的桥电路的输出电压大，可以尽可能放弃另外的信号放大。由此在系统层面上可用的微控制器架构可以直接评估tmr传感器信号并且可以实现非常快的反应时间。
9、常见的xmr传感器具有惠斯通全桥电路，其中四个相同的隧道触点在各两个半桥中互相连接。在每个半桥处可以分别分接模拟输出信号。在差分测量中，将这两个输出信号彼此组合，以便获得差分输出信号。
10、为了实现均衡的惠斯通测量电桥，使用没有场从外部作用时具有相同电导的四个xmr元件。利用从外部作用的场，各两个对置的xmr元件具有相反的行为，即它们增加或降低其电导。因此单个磁场分量的存在导致差分输出信号。
11、在这种具有四个相同的xmr元件的惠斯通电桥配置中，xmr传感器总是在b＝0t时处于其静止状态中，即xmr传感器的磁工作点总是处于b＝0t。一般而言，工作点被定义为在不存在信号时、即当没有外部磁场(b＝0t)时的xmr传感器静止状态。
12、因为四个xmr元件是相同的，所以在不存在磁场时惠斯通全桥是平衡的，即两个半桥上施加相同的输出信号，从而在不存在磁场时，差分输出信号等于零。因此当不存在外部磁场(b＝0t)时，xmr传感器处于磁静止状态中。xmr传感器的磁工作点因此处于0t(特斯拉)。
13、因为四个xmr元件是相同的，所以两个半桥也用作分压器，其中，在每个半桥处不存在磁场的情况下，分别精确地降低一半供电电压(1/2*vdd)。因此当不存在外部磁场(b＝0t)时，xmr传感器处于电静止状态中。因此当不存在外部磁场(b＝0t)时，xmr传感器的电工作点处于1/2*vdd。
14、现在存在这样的应用，其中期望不同的工作点。例如人们希望将磁工作点(即在两个半桥上施加相同的输出电压的场)从b＝0t移动到另外的值，例如移动到b＝0.1t＝100mt，从而当施加100mt的外部磁场时，差分输出信号正好为零。该特性例如对于如下应用是令人感兴趣的，在所述应用中应当探测围绕现有的磁(偏置)场的变化(减小和/或增加)，而不必将明显的桥输出信号在电路技术方面作为信号偏移而处理或减去。磁工作点例如可以借助不同的磁偏置场在mtj处移动。然而，这种方法在实践中几乎不可执行。
15、备选地或附加地，可能期望将电工作点从1/2*vdd移动到其他值，例如移动到2/3*vdd。为此，例如将附加的欧姆电阻置于在惠斯通全桥与供电电压之间的支路中、或者置于在惠斯通全桥与接地之间的支路中。根据欧姆电阻的数值，可以将xmr传感器的电工作点或静止位置从1/2*vdd移动到期望值(例如2/3*vdd)。该欧姆电阻因此也被称为移位电阻或移位电阻器。
16、但是欧姆电阻降低了惠斯通测量电桥上的电位，这导致xmr传感器的灵敏度减小。由此可能导致测量不准确性。此外，该移位电阻器是除了惠斯通全桥还必须构建的附加构件，这又增加了电路的复杂性并且还呈现另外的潜在的缺陷源。
17、因此期望改进磁阻传感器，使得磁阻传感器的磁工作点和/或电工作点可移动，而不显著地降低传感器的灵敏度。
技术实现思路
1、该目的通过具有根据本专利技术的磁阻磁场传感器来实现。该磁阻磁场传感器的另外的实施方式和有利方面分别在以下内容中提到。
2、根据本文所述的创新方案，提出了具有四个磁阻元件的磁阻磁场传感器，其中每个磁阻元件响应于外部磁场分别经受电导变化。在此，四个磁阻元件布置在惠斯通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁阻磁场传感器(100)，具有：
2.根据权利要求1所述的磁阻磁场传感器(100)，
3.根据权利要求1或2所述的磁阻磁场传感器(100)，
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
5.根据权利要求4所述的磁阻磁场传感器(100)，
6.根据权利要求4所述的磁阻磁场传感器，
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
8.根据权利要求7所述的磁阻磁场传感器(100)，
9.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
10.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
11.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
12.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
13.根据权利要求12所述的磁阻磁场传感器(100)，
14.根据权利要求12或13所述的磁阻磁场传感器(100)，
【技术特征摘要】
1.一种磁阻磁场传感器(100)，具有：
2.根据权利要求1所述的磁阻磁场传感器(100)，
3.根据权利要求1或2所述的磁阻磁场传感器(100)，
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
5.根据权利要求4所述的磁阻磁场传感器(100)，
6.根据权利要求4所述的磁阻磁场传感器，
7.根据前述权利要求中任一项所述的磁阻磁场传感器(100)，
8.根据权利要求7所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·萨茨，J·齐默，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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