[发明专利]基于磁电阻技术的磁头

说明书

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种用于识别如磁卡、保密纸、票据以及支票等介质磁性的传感器。

背景技术

日常生活中，磁性介质广泛应用于磁卡、保密纸、支票等领域。以磁卡为例，其记录介质具有以下特点：(1)磁性信号随着距离的衰减非常剧烈；(2)具有多个磁记录条，且需要信息加密；同时，由于现代生活和工作中对该类传感器提出了新的要求，即移动支付，要求传感器内置于如手机等移动终端中。针对以上特点，用于识别介质磁性介质的传感器需要具有以下特点：(1)高灵敏度、高精度、高信噪比、体积小和抗干扰能力强以适用于磁性介质的信号测量以及移动设备中复杂的干扰信号；(2)体积要足够小从而可以集成解码和加密芯片并可以内置于移动设备中；(3)功耗要足够低以适用于移动设备的要求；(4)需要非接触式检测（即传感器距离检测面有一定距离）以适用于移动支付。

以POS机磁头为例，现有的磁性介质识别类传感器的结构为：

(1)     采用单个电感线圈或多个电感线圈阵列为敏感元件，灵敏度和精度非常低，不具备抗干扰能力，且功耗大，体积很大无法内置于移动设备中；

(2)     测量时必须紧密贴近磁卡使用，不能非接触使用。

从上述可以看出，现有的传感器无法满足现代生活和工作的需要。

目前磁性传感器的敏感元件有除电感线圈外，还有霍尔元件以及各向异性磁电阻元件。霍尔元件的灵敏度非常低，且体积大，但是难以实现轻薄化且由于本身的物理性能差导致其测量精度也很低。在磁卡的应用中，磁性介质的漏磁场在介质表面是比较强的，而各项异性磁电阻的饱和场（即工作场）非常低，因此磁介质的漏磁场很容易使各向异性磁电阻元件饱和，故使其无法成为介质识别类传感器的敏感元件。

近年来，以巨磁电阻元件（Giant Magneto-resistance, GMR）和磁性隧道结元件（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）为代表的磁电阻式传感元件较之现有的传感元件具有更小的体积，更高的精度和灵敏度，更好的温度特性以及高信噪比，由于该技术被集中应用在信息存储技术领域中，在其它领域的应用还处于探索和小规模生产阶段，未能实现工业化大规模生产，同时在实际研发中，由于传感器和磁性介质之间距离的提升，会出现Jitter Shift现象，使输出信号严重失真。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺点提供一种具有高灵敏度，高精度，小体积，高性噪比，抗干扰能力强的识别磁性介质的传感器。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

基于磁电阻技术的磁头，其特征在于：其包括至少一个或多个磁场感应方向相同的传感单元以及输出引针；

所述传感单元用以检测磁性介质的漏磁场；

所述输出引针的输入端和输出端分别与所述传感器的相应端口电连接，用以将传感器与系统连接；

所述传感单元的敏感元件为巨磁电阻元件或磁性隧道结元件，所述巨磁电阻元件和磁性隧道结元件为纳米级厚度的多层膜结构，所述纳米级多层膜结构至少包含自由层、非磁性层以及钉扎层三层纳米级薄膜。

其进一步特征在于：所述传感单元为单电阻、半桥或全桥结构。

进一步的：所述半桥为推挽半桥、参考半桥或梯度半桥，所述全桥为推挽全桥、参考全桥或梯度全桥。

上述半桥、全桥的每个桥臂由一个或多个磁场敏感方向相同的巨磁电阻元件或磁性隧道结元件组成。

上述梯度全桥和梯度半桥结构的所有桥臂的巨磁电阻元件或磁性隧道结元件的磁场敏感方向相同，并且全桥中相对位置的两个桥臂位于空间中的同一位置，相邻位置的两个桥臂位于空间中的不同位置。

其进一步特征还在于：所述传感器还包括电路模块，所述电路模块的输入输出端分别与传感单元以及输出引针的相应端口电连接，所述电路模块含有信号放大单元、降噪单元和解码单元。

上述电路模块还包含防静电单元。

上述电路模块还可以包含加密单元用于加密输出信号。

上述电路模块为集成电路芯片，其输入端和输出端通过印刷线路板与传感单元的相应端口电连接。

其进一步特征还有：所述巨磁电阻元件或磁性隧道结元件附近设置有软磁体。

以上所述传感器包括支架，所述支架为非永磁材料，用以支撑所述传感器的所有部件。

上述传感器包括外壳，所述外壳为非永磁材料，包覆于所述支架的外部，用以保护置于支架内的所述传感器的所有部件。