[实用新型]用于验钞机磁头的TMR半桥磁场梯度传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片，特别是涉及一种用于验钞机磁头的以磁隧道电阻结MTJ为感应元件的TMR半桥磁场梯度传感器芯片。 

背景技术

在日常生活中，验钞机磁头的应用非常广泛，如自动售货机、点钞机等设备中均需要验钞机磁头。目前主流的验钞机磁头技术中，使用的是以锑化铟为敏感材料的磁头，感应方向垂直于检测面，在纸币经过磁头时，磁场会发生变化，通过检测磁场的变化，实现这种纸币真伪的鉴别。但是这种磁头的灵敏度低、信噪比低、体积大、温度稳定性差，可靠性较差。 

以磁隧道电阻结MTJ为感应元件的验钞机磁头能有效地克服上述磁头的缺点。在以MTJ为感应元件的验钞机磁头中，包括磁场传感器芯片、信号处理电路、磁激励元件、输出引脚以及线路板等部件。磁激励元件提供一个激励磁场，使得在被测空间产生一个在敏感方向上的磁场，磁场传感器芯片感应此磁场，并将其转化成电信号。电信号经过信号处理电路的转换之后，通过线路板传递到验钞机磁头的输出引脚。 

磁场传感器芯片中具有磁偏置结构和磁电阻元件，磁偏置结构提供偏置磁场，以使磁电阻元件工作在线性区，磁电阻元件感应外界磁场的变化。本实用新型提供了一种TMR半桥磁场梯度传感器芯片，可以作为验钞机磁头中的磁场传感器芯片，具有灵敏度高、可制造性强的特点。 

发明内容

验钞机磁头由磁场传感器芯片、信号处理电路、磁背偏置元件、输出引脚以及线路板等部件组成。本实用新型提供的是一种半桥磁场梯度传感器芯片，是验钞机磁头的核心器件，具有高灵敏度、高信噪比、小体积、高温度稳定性和高可靠性的优点，其由半导体基片、磁偏置结构、磁电阻元件构成的半桥电路和位于半导体基片上的电气输出端构成。由此芯片制成的验钞机可以替代现有技术的验钞机，提高验钞机的性能。 

TMR半桥磁场梯度传感器芯片中的半桥电路由椭圆形的磁隧道电阻结MTJ构成，磁隧道电阻结MTJ的短轴方向即TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向。设TMR半桥磁场梯度传感器芯片的供电电压为Vcc，若两个磁电阻桥臂上方的沿TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向的磁场相同，则半桥电路的输出电压为0.5Vcc；若半桥电路的上方存在沿TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向的梯度磁场，则半桥电路的输出电压将偏离0.5Vcc。所述磁场的梯度越大，半桥电路的输出电压偏离0.5Vcc越多。本实用新型中采用串联、并联的方式将多个磁隧道电阻结MTJ构成半桥电路的桥臂，可以提高TMR半桥磁场梯度传感器芯片的灵敏度、信噪比以及可靠性。 

本发明通过以下技术方案实现上述目标： 

一种用于验钞机磁头的TMR半桥磁场梯度传感器芯片，其感应方向与其表面平行，且其表面与背偏置磁体在传感器芯片处产生的磁场方向垂直，该TMR半桥磁场梯度传感器芯片安装在背偏置磁体上方，

所述传感器芯片包括集成在TMR半桥磁场梯度传感器芯片上的磁偏置结构、半桥电路以及输入输出接线端；

所述输入输出接线端包括分别设置在半桥电路上的电源输入端、半桥输出端和接地端，所述电源输入端、所述半桥输出端以及所述接地端分别至少包括一个引线键合焊盘；

所述半桥电路包括

两个桥臂，每个所述桥臂由一个磁电阻单元构成或由两个以上的磁电阻单元并联而成；

每个所述磁电阻单元由一个磁电阻串构成或由两个以上的磁电阻串串联而成，

每个所述磁电阻串至少包括一个磁隧道电阻结MTJ；

所述磁偏置结构为半桥电路中的磁隧道电阻结MTJ提供偏置以使半桥电路工作在线性区。

优选地，所述两个桥臂沿着所述TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向排列，所述两个桥臂的感应方向与所述TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向相同，所述两个桥臂之间的中心距为50~1000 um。 

优选地，所述磁电阻单元沿着垂直于所述TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向排列，两个相邻磁电阻单元之间的中心距为200~800 um。 

优选地，所述磁电阻串沿着垂直于所述TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向排列，两个相邻磁电阻串之间的中心距为20~100 um。 

优选地，所述磁隧道电阻结MTJ沿着所述TMR半桥梯度传感器芯片的感应方向排列，两个相邻磁隧道电阻结MTJ之间的中心距为1~20 um。 

优选地，所述磁隧道电阻结MTJ的俯视形状呈椭圆形，其长、短轴长度之比大于3，且所述磁隧道电阻结MTJ的短轴平行于所述TMR半桥磁场梯度传感器芯片的感应方向。