[发明专利]磁场感测器件

说明书

本申请是申请号为201080005267.X、申请日为2009年2月25日、题为“磁场感测器件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及磁场感测器件，更具体地，涉及能够准确地感测小磁场的磁隧道结器件。

背景技术

传感器广泛地用在现代系统中以测量或检测诸如位置、运动、力、加速度、温度、压力等物理参数。尽管存在用于测量这些和其他参数的多种不同的传感器类型，但是它们均受到各种限制。例如，诸如用在电子罗盘和其他类似的磁感测应用中的廉价的低场传感器通常包括基于各向异性磁电阻(AMR)的器件。为了达到所需的灵敏度和与CMOS配合良好的合理的电阻，这些传感器的感测单元通常在尺寸上在平方毫米量级。此外，典型地需要约10mA的来自大线圈的大的重置脉冲。对于移动应用，在费用、电路面积和功耗方面，AMR传感器配置过于昂贵。

诸如磁隧道结(MTJ)传感器和巨磁电阻(GMR)传感器的其他类型的传感器已被用于提供较小外形的传感器，但是这些传感器具有它们自身的问题，诸如灵敏度不够以及受温度改变的影响。为了解决这些问题，以惠斯通电桥(Wheatstone bridge)结构使用MTJ、GMR和AMR传感器以增加灵敏度并消除依赖温度的电阻改变。对于最小的传感器尺寸和成本，MTJ或GMR元件是优选的。

作为制造工艺变化的结果，这些低场的基于惠斯通电桥的磁传感器可能呈现小的但是可变的残余失调(residual offset)。温度漂移、机械应力和器件老化可能加剧该失调。此外，传统的磁传感器具有由诸如感测层厚度、形状和通量集中器几何特征的因素而内建到器件中的灵敏度，从而限制了可用范围和线性范围。

因此，期望提供一种廉价的低场传感器，其提供用于低场测量的分辨率，是CMOS兼容的，使失调最小化，并且扩大动态范围。此外，结合附图和本发明的背景，通过随后的本发明的具体实施方式和所附权利要求，本发明的其他期望的特征和特性将变得明显。

发明内容

用于确定磁场强度的磁场感测器件包括至少一个感测元件，所述感测元件包括铁磁的感测层并且具有至少一个感测元件输出端子。至少一个电流线路设置在所述至少一个感测元件附近。电流源将可变电流提供给所述至少一个电流线路以调整传感器的灵敏度，并且测量电路耦合到感测元件输出端子，用于测量对于可变电流的输出并确定磁场强度。

磁场感测器件的另一实施例包括被配置为惠斯通电桥的四个磁隧道结元件。电流源耦合到设置在四个磁隧道结感测元件中的每个附近的电流线路，用于有选择地提供在时间上间隔开的第一和第二电流。耦合到电桥输出信号的采样电路在第一和第二电流中的每一个处对电桥信号采样，并且根据第一和第二样本的差来确定磁场值。用于感测磁场的方法包括向电流线路提供第一电流，向电流线路提供第二电流，对于第一和第二电流中的每一个对电桥输出处的值采样，确定所述第一和第二电流期间的输出的采样之间的差，并基于所确定的差确定测量的磁场。

附图说明

下面将结合附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且

图1是根据示例性实施例的磁隧道结器件的横截面；

图2是包括四个图1的磁隧道结器件的惠斯通电桥；

图3是图2的惠斯通电桥的灵敏度对稳定电流的曲线图；

图4是根据示例性实施例的磁场感测器件的框图；以及

图5是图4的示例性实施例的输出信号相对时间的曲线图。

具体实施方式

下面的本发明的详细描述在本质上仅是示例性的，并非旨在限制本发明或者本发明的应用和使用。此外，不受前文的背景中呈现的任何理论或者下文的本发明的详细描述的约束。