[发明专利]一种可重置的双极型开关传感器

说明书

本发明公开了一种可重置的双极型开关传感器，包括：双极型磁滞开关传感器、重置线圈、ASIC开关电路及重置电源电路，双极型磁滞开关传感器包括：衬底，位于衬底上的磁电阻传感臂，磁电阻传感臂为一个或多个磁电阻传感单元串之间通过串联、并联或者串并联而成的两端口结构，TMR磁电阻传感单元自由层磁化方向仅由各向异性场Hk决定、且和磁场敏感方向和参考层磁化方向均可沿着N或者S方向，重置线圈位于衬底和磁电阻传感单元之间，或者位于衬底下方引线框上，重置磁场方向均同为N或者S方向之一，ASIC开关电路包括偏置功能模块，阅读功能模块和输出功能模块，重置电源电路连接重置线圈。本发明具有低功耗，小尺寸，可预先设置开关传感器起始状态的特点。

技术领域

本发明涉及磁性传感器领域，特别涉及一种可重置的双极型开关传感器。

背景技术

磁电阻开关传感器广泛应用于消费电子、白色家电、三表（电表、水表、气表）、汽车以及工业应用领域。目前主流的磁性开关传感器有霍尔传感器和各向异性（AMR）传感器。在消费电子和三表应用领域，霍尔开关传感器和AMR开关传感器的功耗可达微安，这是在牺牲其工作频率的情况下获得的，其工作频率为几十赫兹，其开关点为几十高斯，在汽车、工业应用等需要高工作频率的环境，霍尔开关传感器和AMR开关传感器的功耗为毫安级，其工作频率为千赫兹级别。

隧道磁电阻TMR元件为敏感元件的传感器具有低功耗的特点，可以工作在千赫兹甚至兆赫兹工作频率，功耗可以达到微安级别，开关工作点为十几高斯，具有高灵敏度和低功耗，响应频率高，体积小的特点。

通常开关传感器一般采用线性磁电阻传感器，在输出电压V和外磁场H的直线工作区域，设定操作点和回复点磁场以及对应的信号输出电压作为参考信号，采用比较器实现矩形高电平和低电平开关信号输出。

TMR线性磁电阻传感器的自由层各向异性场Hk和外磁场Hex为相互垂直关系，且参考层磁化方向垂直于自由层磁化方向，当自由层磁矩随外磁场Hex增加，发生旋转，自由层磁化方向从与参考层磁化方向夹角为90度位置旋转至夹角为0度位置，当反向外磁场-Hex时，则旋转至180度位置，且此时磁电阻R-外磁场H输出特征曲线为线性；另一方面，当自由层各向异性场Hk方向与外磁场Hex方向一致，且参考层磁化方向设置成与自由层磁化方向相互平行，增加外磁场Hex，自由层磁矩M不发生变化，而当外磁场反向-Hex时，在反向外磁场-Hex幅度小于Hk时，自由层磁矩M保持不变，此时，夹角为0度，而当反向外磁场-Hex幅度接近Hk时，自由层磁矩M突然发生反向即变成-M，此时夹角为180度，从而具有矩形的磁滞回线M-Hex特征，对应的磁电阻R-外磁场H曲线也为矩形磁滞回线特征，从而提供了一种新型的双极型磁滞磁电阻传感器开关。

磁滞双极型磁电阻传感器在0外磁场条件下自由层磁化方向M可以存在两种稳定的状态，即与参考层磁化方向夹角为0度和180度的状态，取决于撤去外磁磁场前所施加的外磁场Hex的方向。

因此，为了保证每次测量时能够确保自由层磁化方向M的方向的一致性，可以采用重置线圈产生重置磁场Hr，作用于N或者S方向，并可以选择在测量开始前或者选择在测量完成之后激发Hr，使得自由层磁化方向M已知。

对于TMR线性开关磁电阻传感器电桥，通常采用将一个具有单一磁场敏感方向如X轴的推磁电阻传感单元切片，翻转180度，以此来获得X轴的挽磁电阻传感器单元切片，而后通过绑定连接两个切片，其优点在于，制备方法简单，切片只需对应一个铁磁参考层结构，且缺点在于，需要操作2个切片在同一平面内进行精确定位，增加了由于操作失误导致传感器测量精度损失可能性。