磁场传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种磁场传感器。该磁场传感器包括：磁场发生器，除测量磁场之外生成辅助磁场，其中，测量磁场指示可旋转元件的角度或旋转；至少一个XMR元件，生成XMR检测信号；以及计算单元，基于XMR检测信号和辅助磁场确定角度或旋转特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种磁场传感器。
技术介绍
磁场传感器当前被用在许多用来确定磁场的大小、磁场的角度或者与磁场相关的其他特性的多种应用中。这样的应用实例包括电流传感器，其通过由电流生成的磁场测量电流；角度传感器，用于感测诸如由可旋转元件生成的磁场的可旋转磁场的角度；或者速度传感器，用于通过測量磁场来确定元件的旋转或其他速度。已知各种类型的传感器可用于测量磁场。除霍尔传感器(Hall sensor)之外，XMR传感器对于测量磁场来说变得越来越重要。XMR传感器是基于磁阻效应的磁阻传感器，其中，“X”表示各种类型的磁阻效应的占位符。例如，XMR传感器包括GMR传感器(GMR =巨磁阻)、AMR传感器(AMR =各向异性磁阻)、CMR传感器(CMR =庞磁电阻)和TMR传感器(TMR =隧道磁阻)。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方式，提供了ー种方法，所述方法包括除測量磁场之外生成辅助磁场，使得辅助磁场和测量磁场的最終合成磁场在XMR元件处超过XMR元件的饱和极限；用XMR元件感测最終合成磁场；基于最终合成磁矢量的感测来确定测量磁场的至少ー个特性。本专利技术的另ー个实施方式，提供了ー种磁感测装置，所述磁感测装置包括XMR元件；磁场发生器，除測量磁场之外生成辅助磁场，使得辅助磁场和测量磁场的最終合成磁场在XMR元件处超过XMR元件的饱和极限；其中，XMR元件被配置为感测合成磁场，基于感测的合成磁场确定测量磁场的至少ー个特性的単元。根据本专利技术的再一个实施方式，提供了一种用于确定可旋转元件的角度或旋转特性的传感器，所述传感器包括磁场发生器，除測量磁场之外生成辅助磁场，其中，測量磁场指示可旋转元件的角度或旋转；至少ー个XMR元件,生成XMR检测信号；以及计算单元,基于XMR检测信号和辅助磁场确定角度或旋转特性。附图说明图I示出了根据实施方式的框图；图2A、图2B和图2C为示出了 XMR传感器的操作的实例图；图3A和图3B为示出了根据实施方式的磁矢量的实例；图4A和图4B示出了根据具有多个XMR元件的实施方式的示图；以及图5示出了根据实施方式的流程图。具体实施例方式以下详细描述说明了本专利技术的示例性实施方式。该描述并不用于限制，而只是为了示出实施方式的一般原理，同时保护范围由所附权利要求来确定。在附图和以下描述所示的示例性实施方式中，附图或下文中所示的功能模块、装置、部件或其它物理或功能単元之间的任何直接连接或耦合还可以通过间接连接或耦合来实现。可以以硬件、固件、软件或它们的组合来实现功能模块。此外，应该理解的是，除非另有特别的指定，否则本文所描述的各种示例性实施方式的特征可以相互组合。在多个附图中，相同或类似的实体、模块、装置等可以由相同的參考标号表示。 现在,參照图I,示出了用于测定测量磁场(measurement magnetic field)的至少ー种特性的示例性磁场传感器100的框图。通过磁场传感器100测量的測量磁场通常可以为外部磁场，诸如通过物体的移动或旋转而引起的磁场。在一些实施方式中，例如，测量磁场可以包括依赖于或允许确定元件的特定位置或旋转角度的磁场。在一些实施方式中，例如，磁场传感器100可以为允许识别元件的旋转角度的能够测量磁场的旋转或空间方向的角度传感器或者用于测量元件的旋转速度的速度传感器。然而，磁场传感器100不限于上述类型。磁场传感器100包括用于感测磁场的XMR感测元件110。XMR感测元件110可以为任何已知的XMR类型，包括但不限于GMR (巨磁阻)、AMR (各向异性磁阻)、CMR(庞磁电阻)、TMR(隧道磁阻)等。XMR感测元件110例如可以包括单个XMR条、多个XMR条(它们例如可以以特定结构进行配置，诸如Wheatstone桥式结构或者用于感测磁场的其他类型或结构)。XMR感测元件110被配置为通过电阻的改变来感测XMR感测元件110处存在的磁场。根据具体的结构，XMR感测元件110通常可以通过提供表示在XMR感测元件110处存在的磁场的至少ー种特性的输出电压或输出电流来感测磁场。图2A示出了作为磁场的函数的GMR感测元件的典型的电阻特性。从图2A可以看出，对于大小大于饱和极限Blim的磁场，电阻表现出饱和。在饱和区域中，电阻根据磁场的方向而处于最低值Rmin或处于最大值Rmax，并且近似保持在各自的饱和水平。为了感测磁场，XMR感测元件包括磁层，所述磁层包括可磁化材料。当感测磁场时，可磁化材料在外部測量磁场的方向上被磁化。换句话说，磁层的磁化跟随外部測量场的磁化。磁层的该磁化的角度确定了 XMR传感器元件的电阻，这允许将XMR元件用作传感器。虽然强磁场在外部磁场的方向上使得磁层全磁化，但对于弱磁场来说，只有磁层的部分或区域在测量场的方向上被磁化，而其他部分或区域可以仍然具有在其他方向上的磁化。由于XMR感测元件的阻抗依赖于磁层内磁化的角度，所以，应该理解的是，对于弱测量磁场来说，进一歩增加测量磁场的大小导致更多的区域在相同的方向上被对准，因此阻抗发生变化。在饱和状态下，測量磁场足够强而使得磁场被完全磁化，因此磁场的任何进ー步的增加都不会引起阻抗的进ー步的改变。对于XMR传感器的许多应用，诸如在角度或旋转感测应用中，期望在饱和状态下操作XMR感测元件，即，使得測量磁场矢量的大小超过饱和极限。測量磁场是通过XMR传感器为其确定诸如角度或旋转速度的至少ー个特性的磁场。在如速度传感器或角度传感器的应用中，測量磁场通常与旋转的物体相关。图2B示出了角度传感器200的实例。具有南极2IOA和北极2IOB的磁体210被安装在被设置为绕轴204旋转的物体202上。磁场传感器100被设置为通过测量由磁体210产生的測量磁场的角度来感测物体202的角度。然而，如果测量磁场的矢量M在饱和极限之下，则如图2C所示，XMR感测元件可以认为在操作范围之外。本文 所述实施方式提供了一种新的概念，以解决当测量场的大小较低(诸如在饱和极限之下)时磁场的至少ー个特性(诸如測量磁场的角度或旋转速度)的測量。新概念利用所产生的辅助磁场以在XMR传感元件的位置处具有作为测量磁矢量和辅助磁矢量的矢量相加结果的合成磁矢量。在实施方式中，所得到的合成磁矢量的大小至少在感测阶段超过饱和极限，这使得磁场传感器感测饱和极限之上的合成磁矢量。基于所感测的合成磁矢量的信息和辅助磁场的特性，可以得到測量磁场的至少ー种特性。图3A示出了新概念的实例示图，其中，通过矢量相加将辅助磁场矢量A与测量磁矢量M相加以得到最終的合成磁矢量C。在图3A中，通过相加辅助磁场矢量，合成磁矢量C的大小在饱和极限之上，这允许在XMR感测元件的饱和极限中感测合成矢量C。可以了解的是，辅助磁场112A可以被当作调制磁场，使得测量磁场被调制到辅助磁场上，以建立超过XMR感测元件的饱和极限且通过XMR感测元件来感测的磁场。再次參照图1，如上所述，设置辅助磁场发生器112以生成辅助磁场112A。通过实施辅助磁场112A，磁场传感器100能够测量小于XMR感测的饱和极限的测量磁场的特性。这里应该注意的是，提供辅助磁场112A不是用于使XMR感测元件总体上具有測量磁场的功能。换句话说，不具有辅助磁场的XMR感测元件可以为全功能感测元件。然而，辅助磁场112A添加至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.10 US 13/044,5821.一种方法，包括 除测量磁场之外生成辅助磁场，使得所述辅助磁场和所述测量磁场的最终合成磁场在XMR元件处超过所述XMR元件的饱和极限； 用所述XMR元件感测所述最终合成磁场； 基于对所述最终合成磁矢量的感测来确定所述测量磁场的至少一个特性。2.根据权利要求I所述的方法，其中，在感测期间，所述测量磁场的大小小于所述XMR元件的饱和极限。3.根据权利要求I所述的方法，其中，确定所述测量磁场的至少一个特性进一步基于与所述辅助磁场对所述XMR元件的输出信号的贡献相关的信息。4.根据权利要求2所述的方法，其中，确定所述测量磁场的至少一个特性基于以所述XMR元件的输出信号和对所述XMR元件的输出信号进行的去除所述辅助磁场的贡献的处理为基础提取所述测量磁场的至少一个特性。5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述辅助磁场至少在所述合成磁场的感测期间保持恒定。6.根据权利要求I所述的方法，其中，在所述感测之前预先确定所述辅助磁场的大小和方向。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述辅助磁场是非变化磁场。8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述辅助磁场通过永磁体或线圈生成。9.根据权利要求I所述的方法，其中，所述辅助磁场是第一辅助磁场，所述方法还包括除所述测量磁场之外生成第二辅助磁场，使得所述第二辅助磁场和所述测量磁场的最终第二合成磁场在第二 XMR元件处超过所述第二 XMR元件的饱和极限。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二辅助磁场的方向不同于所述第一辅助磁场的方向。11.根据权利要求10所述的方法，还包括n个XMR元件，并且为所述n个XMR元件中的每一个生成对应的辅助磁场，其中，n是大于2的整数。12.根据权利要求I所述的方法，其中，所述测量磁场的至少一个特性为所述测量磁场的角度或者所述测量磁场的旋转速度。13.根据权利要求I所述的方法，其中，所述辅助磁场的大小等于或大于所述饱和极限的大小。14.根据权利要求I所述的方法，其中，所述辅助磁场的大小大约为所述饱和极限的大小。15.一种磁感测装置，包括 XMR元件； 磁场发生器，生成除测量磁场之外的辅助磁场，使得所述辅助磁场和所述测量磁场的最终...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿明·萨茨，
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：