[发明专利]磁传感器复位和稳定化控制的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年10月31日提交的13/286,026号美国实用申请的利益。

技术领域

本文介绍的示范实施例一般涉及磁电子设备领域，更确切地说，涉及用于感测磁场的CMOS兼容的磁电子场传感器。

背景技术

传感器在现代系统中广泛使用，以测量或检测物理参数，比如位置、运动、力、加速度、温度、压力等。虽然为了测量这些和其他参数存在着各种各样的不同传感器类型，但是它们都难免各种局限。例如，廉价的弱场传感器，比如在电子罗盘和其他类似磁感测应用中所用的传感器，一般为带有通量集中器的霍尔效应器件或者基于各向异性磁阻(AMR)的器件。为了达到所要求的灵敏度以及与CMOS配合良好的合理电阻，AMR传感器的感测单元的尺寸一般在平方毫米的量级，而与霍尔效应传感器相关联的辅助CMOS同样可能变得大且昂贵。对于移动应用，就费用、电路面积和功耗而言，这样的AMR传感器配置成本太高。

其他类型的传感器，比如磁隧道结(MTJ)传感器和巨磁阻(GMR)传感器，已经用于提供更小轮廓的传感器，但是这样的传感器具有它们自己的关注点，比如灵敏度不足和受温度变化影响。针对这些关注点，MTJ、GMR和AMR传感器已经在惠斯通电桥结构中采用以提高灵敏度和消除由温度决定的电阻变化。为了使传感器尺寸和成本最小化，优选MTJ或GMR元件。典型情况下，惠斯通电桥结构使用磁屏蔽抑制电桥内参照元件的响应，使得仅有感测元件(从而电桥)以预定方式响应。不过，磁屏蔽很厚而且其制作要求仔细调整的NiFe晶种和电镀步骤。与磁屏蔽相关联的另一个缺点发生在暴露于强(～5kOe)磁场时屏蔽保留残余场时，因为这个残余场可能损害电桥结构的弱场测量能力。为了防止磁屏蔽的使用，惠斯通电桥结构可以对每个感测轴都包括两个相反的反铁磁钉扎方向，产生对于每个晶片都必须单独设置的四个不同的钉扎方向，常常要求复杂而笨拙的磁化技术。

与施加的稳定场在幅度上类似或更大且方向相反的大的外部场，例如，要测量的场，可能使稳定场减小、取消或反转，导致传感器噪声增大和复位可靠性问题，阻碍了准确的测量。不仅如此，与磁器件复位方向相反的大的外部场有效地使复位场反转，所以复位操作的效力也反转了。

所以，期望提供对于测量多种物理参数具有高信噪比的磁电子传感器的制造方法和布局。还需要简单、强壮而可靠的传感器，能够高效且廉价地构建为集成电路结构用于移动应用。还需要改进的磁场传感器和方法克服现有技术的若干问题，比如以上略述的问题。不仅如此，按照后续的具体实施方式和附带的权利要求书，连同附图和上述技术领域和背景技术，这些示范实施例的其他期望的特点和特征将变得显而易见。

发明内容

场传感器被配置为在场测量之前复位感测元件。

由多个磁感测元件测量外部场的第一种示范方法包括：提供第一复位场脉冲以定向所述磁感测元件；向所述多个磁感测元件提供第一稳定场；在由所述磁感测元件感测的所述第一稳定场的方向上检测外部场分量；确定至少一个第二复位场脉冲和第二稳定场的幅度；施加以下至少一个：在测量外部场方向和幅度之前施加第二复位场脉冲，以及在测量所述外部场方向和幅度的同时施加所述第二稳定场；以及测量所述外部场方向和幅度。

由多个磁感测元件测量外部场的第二种示范方法包括向邻近每个所述磁感测元件的第一电流线路提供第一复位电流脉冲用于产生第一复位场脉冲；向邻近每个所述磁感测元件的第一电流线路提供第一稳定电流用于产生第一稳定场；在由耦接到所述磁感测元件的电路感测的所述第一稳定场的方向上确定外部场分量；确定第二复位电流脉冲和第二稳定电流的至少一个，分别用于产生第二复位场脉冲和第二稳定场；施加以下至少一个：在测量外部场方向和幅度之前施加第二复位电流脉冲，以及在测量外部场方向和幅度的同时施加所述第二稳定电流；以及测量所述外部场方向和幅度。