CN101065721B - 用于输入设备的磁传感器 - Google Patents

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Abstract

一种磁传感器，含有布置在基板上的磁体(30)和磁阻元件(20)，使得通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面。由于改变了通过元件的磁场线的数量，所以可以检测基板附近可移动磁导元件(40)的运动。同垂直场线布置的设备相比，所述设备更为灵敏，而且更易于加工制造和集成。应用包括模拟指示器、压力传感器和麦克风。所述设备使用放置在元件每侧的磁体检测元件上间隙尺寸的变化。随着间隙靠近，通过磁阻元件的平行向的场越来越少。

Description

用于输入设备的磁传感器
技术领域
本发明涉及用于感应运动和/或位置的磁传感器，涉及包括这种传感器的模块，涉及压力传感器，涉及麦克风，涉及加速计和涉及含有这种磁传感器的计算机输入设备，以及制造种传感器或模块的方法。
背景技术
尤其在便携式PC以及象移动电话、PDA、数码相机或GPS设备这样的小型手持设备中，需要模拟指示功能的设备(操纵杆)。这种设备比离散的指示设备更加复杂，离散的指示设备只不过是在两个主方向上(X和Y)作为开关使用。多种已知的这种设备例如是压电设备、光学指示设备或基于应变测量的设备。压电和应变测量指示设备需要复杂的微控制器以补偿传感器的漂移。例如Philips Laser Beetle这样的光学指示设备是可行的，但是功耗相对较高。所知的磁指示设备结构简单、所需电子元件相对简单并且功耗低。例如，由专利DE4317512中可知的是，使用处于基板上的磁阻传感器测量磁场方向的变化，该磁场最初垂直于基板，并且是由位于基板之下的固定永磁体产生的。这就能够对象操纵杆这样的物体的0点、位置或角度进行非接触式测量。基板具有分布在两个方向上的AMR(各向异性磁阻)传感器，它们可以与读取电路连接。导磁(magnetically permeable)的操纵杆在位于X-Y平面上的传感器表面横向移动。将这些传感器布置成四条MR带，它们一起连接成惠斯通电桥配置。由于操纵杆的横向移动使得最初垂直磁场的方向改变，从而导致传感器电阻的变化，使得电桥不平衡。
从US6501271中可知的是，将巨磁阻(GMR)传感器布置成惠斯通电桥配置，能够补偿温度变化。
从美国申请2003/0101553中可知，为了可靠的检测金属板插入到带扣(buckle)的缝隙中而提供了GMR检测器。所提供的永磁体和GMR传感器位于缝隙两侧。插入的金属板作为屏蔽体，其阻断了通过缝隙的磁场线。
发明内容
本发明的目的在于提供改进的装置或方法，具体的是，用于感应运动和/或位置的传感器，包含这种传感器的模块，压力传感器，加速计，麦克风和含有这种传感器的计算机输入设备，以及制造这些传感器或模块的方法。
根据第一方面，本发明提供了磁传感器，其包括布置在基板上的磁场发生器和磁阻元件，使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，其中，磁传感器包括可移动磁导元件。布置可移动磁导元件，使得其至少可以部分改变磁场发生器的磁场线的方向。因此，它的存在和运动或位移影响磁阻元件所感应到的磁场。可移动元件用作磁分器。磁阻元件所感应到的磁场影响磁阻元件的电气特性，具体的是其电阻。因此，可以测量由于屏蔽体位置改变而导致的磁场变化。
这种传感器装置可以用于检测静态位置，以及磁导元件静态位置的变化。可移动磁导元件可以独立于基板，或与基板机械连接(例如，可移动磁导元件可以构成并用作隔膜)，以允许垂直于基板平面的运动分量。这是最为灵敏的装置。
还可以布置可移动磁导元件，例如机械连接或独立于基板，以允许静态位置和平行于基板平面的静态位置改变。这种装置的灵敏度较低，但是为制造可用的设备提供额外的选择。
优选的，可移动磁导元件包括软磁材料。
优选的，可移动元件的磁导率大于磁阻元件的磁导率，使得源自发生器的磁场线至少部分改变方向通过磁导元件，而不是完全通过磁阻元件。
可以将磁场发生器与磁阻元件布置在基板的同一侧。相比将磁体放置在基板的背面，这易于加工，而且减小了传感器的尺寸，特别是当永磁体是用薄膜技术制造时。磁场发生器可以含有处于磁阻元件每侧的一对电磁铁或永磁体。这种布置有助于保持磁体的小尺寸，以易于集成，同时保持较多的平行于基板平面的磁场。
可以使用这样的传感器，其中可移动磁导元件位于传感器平面之外，使得随着可移动磁导元件接近传感器，更多的磁场线通过可移动磁导元件，更少的磁场线通过磁阻传感器元件。同已知的装置比较，在已知的装置中，可移动磁导元件位于磁体和传感器之间，和/或磁体处于传感器之下或之上，这种新型的装置可以使磁场发生器和传感器处于同一基板上，并因此更易于加工制造和成本低廉。
存在多种读出传感器信号的方法。磁阻元件可以用作电阻器，其中当磁导元件改变其相对于传感器的距离时，电阻器的电阻值发生改变。这种电阻的变化可以通过任意适合的装置读出。
另一这种额外的特征是，磁阻元件包括例如Ni80Fe20或Co90Fe10这样的AMR材料。对于生长和形成图案来说，这些材料相对简单，而且成本低廉。
另一这种额外的特征是，磁阻元件包括GMR材料。通常，这些材料更为灵敏，但是对于生长和形成图案来说更加复杂。
优选的，磁阻元件包括条带部分，条带部分具有实质上垂直于磁场线方向的长度方向。在这种装置中，通过改变磁场而直接改变磁阻元件的电阻。
另一这种额外的特征是，条带的方向沿着磁场线方向对准。这改变了传感器的灵敏度，在GMR材料的情况下，这还间接的导致了电阻的变化。
另一特征是，可以构建操纵杆或指示器。操纵杆包括转动的磁导表面。至少一个磁阻元件布置在转动的表面之下，使得可移动磁导元件部分可以实质上垂直于磁阻元件的平面运动。可移动元件是可转动的，从而将倾斜转换为可移动元件部分在实质上垂直于磁阻元件平面的方向上的运动。
在优选的实施例中，在转动表面之下布置两个或多个磁阻元件，使得可移动元件的一部分靠近一个磁阻元件运动，而可移动元件的另一部分远离第二磁阻元件运动。这样，就可以进行差分测量。同仅用一个磁阻元件的情况相比，第一和第二磁阻元件中输出信号的差异更为准确和灵敏。
另一这种额外的特征是，传感器与操纵杆和例如微控制器的其他芯片集成在芯片封装中。
另一方面提供了含有可移动磁导元件(例如用作隔膜)和如上所述的传感器配置的压力传感器，以用于检测静态位置和压力导致的隔膜的位置变化。
额外的特征是，元件包括适于检测声波的隔膜，以构成微型的集成的麦克风。
额外的特征是，元件包括适于检测和测量加速度和力的具有一定质量的隔膜，以构成加速计。
第二方面提供了制造传感器的方法，该方法所具有的步骤是，在同一基板上构成磁阻元件和磁场发生器，对其进行布置，以使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，以及构成可移动磁导元件。布置可移动磁导元件，使得其位置或位置的改变可以影响磁阻元件所感应的磁场。这种磁阻元件所感应的场变化改变了磁阻元件的电气特性，例如可测量的电阻变化。
例如，通过将磁体(例如是永磁体或电磁铁)放置在磁阻元件的每侧，使得磁体之间的磁场实质上平行于基板平面，并且通过磁阻元件的实施例，可以检测到可移动元件和磁阻元件之间的垂直间隙宽度的改变。随着垂直间隙靠近，通过磁阻元件的平行场越来越少，通过可移动元件的越来越多。可移动元件用作磁分器。
可以将任意的额外特征组合在一起，并且可以和任意的方面组合。对于本领域的技术人员，其他的优点是显而易见的，特别是相对于其他现有技术的优点。在不脱离本发明权利要求的情况下，可以做多种变化和修改。因此，可以清楚理解的是，这里说明的仅是本发明的形式，不意图限制本发明的范围。
附图说明
通过参考附图举例说明的方式描述如何实施本发明，其中：
图1示出了GMR元件的归一化电阻变化图，
图2和图3示出了含有包含在两个(片上)永磁体之间的MR元件的实施例。
图4示出了转动模拟操纵杆的实施例，
图5示出了集成在封装中的操纵杆的实施例，
图6示出了使用带有片上永磁体的GMR传感器模块的磁麦克风或加速计的实施例。
图7示出了AMR元件的归一化电阻变化图，和
图8示出了GMR元件的归一化电阻变化图，其中GMR元件含有的条带方向与场线对准。
图9A-C示出了获得电信号的多种配置(单电阻器、分压器、惠斯通电桥)。
图10A-E示出了磁阻传感器和磁导屏蔽体的多种配置。
具体实施方式
通过具体的实施例和参考附图详细描述本发明，但是本发明除了受权利要求的限制之外，不受这些实施例和附图的限制。所描述的附图仅是示意性的而并非限制性的。图中，为了说明的目的，某些元件的尺寸是放大的，而不是按照比例绘制的。除了另外的明确说明，在涉及单数名词而使用不定冠词和定冠词的地方，也包括该名词的复数。
此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等，是用于区别相似的元件，而不是为了描述序列或时间顺序。可以理解的是，所使用的这些术语在适当的情况下是可以互换的，并且这里所描述的本发明的实施例能够在不同于此描述或说明的序列下工作。
在描述第一实施例之前，为有助于理解工作原理，简要介绍MR传感器。MR传感器的电阻值由通过该传感器平面的外部磁场的强度和/或方向决定。存在不同类型的MR传感器。基于各向异性磁阻(AMR)效应的传感器曾用于早期的磁记录头，并且仍然还在用于汽车的传感器(ABS)。AMR传感器包括具有各向异性磁性性质的磁性材料(例如Ni80Fe20合金)。这种材料的磁化方向是受外部磁场影响的，并且该磁化和流过材料的电流之间的角度决定了电阻值。典型的，电阻可以变化2-4％。GNR(巨磁阻)传感器包括多层薄膜的堆叠，其中至少一层具有固定的磁化方向，并且至少一层软磁材料层的磁化方向容易受外部磁场的影响。所测量的电阻取决于固定的磁化方向和软磁层的磁化方向之间的角度。典型的，GMR的电阻变化为5-15％。该堆叠的进一步描述可见US6，501，271B1“Robust Giant MagnetoResistive effect type multi layer sensor”。根据几何学，MR传感器在传感器平面内的一个方向上是更为灵敏的，而在另一个方向上是较不灵敏的。因此，这种传感器具有灵敏方向。典型的，GMR传感器比AMR传感器更加灵敏。通过使电流流过传感器，可以将电阻的变化转换为使用适当的测量设备容易测量的电压的变化。
另一传感器类型应用的是大型隧道磁阻(TMR)效应。可以看到的是TMR效应的幅度大于50％，但是由于需要大的偏置电压，典型的，在实际应用中可利用的电阻变化小于25％。MTJ基本包括自由磁性层、绝缘层(隧道屏障)、钉扎(pinned)磁性层以反铁磁性层AF，反铁磁性层AF用于将钉扎层的磁化与固定方向“钉”在一起。还存在与工作原理无关的衬层以及其他层。
通常，如果多层中的固定层和自由层的磁化方向平行，那么GMR和TMR都会产生低电阻，当磁化方向是反平行的，就产生高电阻。在TMR多层中，由于电子必须隧穿通过绝缘的屏障层，所以必须将感应电流垂直的施加到层平面。在GMR(和AMR)设备中，感应电流通常在层的平面内流动。优选的，为了高灵敏性，传感器应该具有大的磁化系数，以及应该具有小的或没有磁滞现象。
典型的，根据上述原理之一的磁传感器是由加工成一个或多个近乎矩形的条带的材料构成的，其通常以弯曲的形状连接在一起以获得一定的电阻。在GMR材料的情况下，通常沿着条带的轴向选择堆叠中自由磁化层的各向异性轴。为了在场中获得最大的电阻值变化，垂直于条带的轴向选择基准层的方向。在这种配置中，垂直于条带的长度轴施加磁场，以提供最大的电阻值变化。
图1中示出了这种GMR传感器元件10的R-H输出特性，其中y轴表示电阻值R的归一化变化，x轴表示所施加的磁场H。在图1右手侧的图中示出了所施加的磁场相对于电阻条带纵向的方向。从图1中可以清晰看到，GMR特性的最大灵敏度和线性部分不在场H＝0附近，而是在某一有限的偏移场H＝Hoffset附近。这种在R-H特性中可见的偏移是由于内部磁场以及GMR堆叠自身的耦合造成的，并且可以在某一范围内调整或改变，以根据具体的应用产生相适合的特性。
所述特性的灵敏度取决于传感器的几何形状，并且因此可以与具体的应用相适应。在本文中，最大灵敏度和线性度的点被称为传感器的工作点，其也示出在图1中。可以通过对其施加场强度等于Hoffset的恒定磁场，将GMR传感器设置在其工作点。可以通过使用诸如与GMR条带缠绕在一起的线圈之类的电磁铁或使用一组放置在传感器周围的永磁体产生这样的外部磁场。这些永磁体可以是单片的(硬)磁性材料，但也可以是使用薄膜沉积(CoPt溅射沉积)和光刻(剥离)技术将永磁体集成在芯片自身管芯上。这具有的优势是，比单独的外部磁体廉价，并且能够更加精确的相对于传感器对准磁体。在为磁阻传感器元件的偏置和稳定而使用集成磁场的硬盘及磁带读取头方面，这种集成永磁体的技术是已知的。
从图1中可清晰看到，这种磁场的场强度的变化导致了GMR元件电阻值的变化。较低的场强度可以减小电阻值，而较高的场强度可以增加电阻值。因此，磁场的调制将导致传感器输出的调制。本发明的实施例是基于感应磁导元件在磁场内运动导致的调制，即起磁分路(magnetic shunt)的作用。
下面将详细描述本发明的实施例。这些实施例公开了包括磁阻元件的磁阻传感器。在本发明的任意实施例中，磁阻元件可以包括AMR、GMR或TMR设备。
图2和图3示出的本发明的第一实施例展示出，传感器和磁场发生器如何可以共面，而可移动磁导元件的运动或位移在平面外，并且使磁场线偏离使得其没有通过传感器元件。运动或位移可以沿一个方向或任意的方向进行，并且影响通过传感器的磁场线，其很大程度上取决于可移动磁导元件与传感器接近的程度。尽管其他的磁阻技术也包括在本发明的范围内，但是这里使用的是GMR技术。传感器元件中的磁场强度是由通过传感器元件的磁通线密度决定的。通过改变使一些磁通线偏离传感器元件，减少传感器元件中的磁通密度，从而减少了元件中的磁场强度，这就改变了其电阻。这种磁通线的偏离可以通过在这些场线附近使用一片软磁材料而实现，即磁屏蔽体或具有良好磁导率的磁分(shunt)。由于同传感器的磁导率和/或体积相比，软磁屏蔽体具有更大的磁导率和/或体积，因此软磁屏蔽体的磁阻低于传感器的磁阻，并且因此使得磁通线更倾向于部分通过软磁屏蔽体，即分流操作。这具有减少传感器中的磁线密度，并从而降低传感器中的磁场的效果。
图2示出了实现这种效果的配置的草图。传感器是位于基板100之上的MR元件20和一个或多个集成电磁铁或永磁体30的组合。术语“基板”可以包括任意的基本材料，或可以使用的材料，或在其上可以成形器件、电路或外延层的材料。在另一可选的实施例中，该“基板”可以包括半导体基板，例如掺杂的硅、砷化镓(GaAs)、镓砷磷(GaAsP)、磷化铟(InP)、锗(Ge)或硅锗(SiGe)基板。除半导体基板部分之外，该基板例如可以包括绝缘层，例如SiO2或Si3N4层。因而，术语基板还可以包括玻璃、塑料、陶瓷、玻璃基硅、蓝宝石基硅基板。通常，术语“基板”用于一般的限定处于重要的层或部分之下的层部件，此外，“基板”可以是任意其他的基础，其上可以形成层，例如玻璃层或金属层。
如果永磁体用于磁场发生器，可以使用任意适合的带有剩余磁化的永磁材料。例如Co、CoPt，各种硬磁铁氧体，或甚至象六亚铁酸钡(Barium-Hexa-Ferrite)这样的可印刷(printable)磁体。
当与含有软磁层40的可移动元件组合以形成屏蔽体或磁分时，该组合在本文中是作为模块被提及的。适用于本发明中任意实施例的软磁材料，例如作为软磁层40的材料，是易于磁化和易于消磁的。典型的，其固有的矫顽性小于1000Am-1。在本发明中使用的软磁材料的示例是硅钢合金、镍钢合金、无定形和非晶合金，其中可以包括含有硼、碳、磷或硅中的一种元素或多种元素的铁、镍和/或钴，一般分子式为MOFe2O3的软铁氧体(其中M是可以过渡金属，例如镍、镁或锌)，或任意的诸如Ni20Fe80或NixFey、Co10Fe90、Fe、CoNbZr其他组分的软磁材料，软磁铁氧体和所有其他的适合的软磁材料。对于软磁材料，可以使用任意适合的沉积技术，例如溅射或电沉积。
上述的模块可以在本发明的任意实施例中使用。这些实施例的每个中，软磁屏蔽体相对于永磁体或电磁体的与传感器元件之间的接近程度可以以某种方式改变，从而可以改变场。传感器元件上的这种效应对于垂直接近最为灵敏，但是尤其在屏蔽体相对于磁体和传感器较小时，对于任意方向的运动也是灵敏的。给出永磁体、屏蔽体和传感器元件的几何配置，可以设置磁屏蔽体的的平衡位置，使得传感器元件在其所需的工作点下工作。如图3中所示，当软磁屏蔽体的位置靠近MR传感器时，将会有更多的磁通线穿过屏蔽体，因此减少了传感器所感应到的磁场。传感器的电阻就减小了。增加屏蔽体和传感器之间的距离具有相反的效果，将有更多的磁通线穿过传感器元件，从而导致磁场以及电阻的增加。
图2和图3所示的原理可以应用于指示设备，例如使用磁传感器的模拟操纵杆，其用于带有显示器的设备，例如移动电话和个人数字助理(PDA)。在其他磁设备中，通过放置在传感器管芯之下的外部永磁体产生垂直磁场线，并且磁导操纵杆装置使得这些磁场线弯曲偏离其垂直的方向。通过传感器测量这些弯曲的磁场线的水平分量。这具有使用不能集成在管芯上的单一永磁体的缺点。而且，永磁体必须与管芯精确对准。相反，使用图2和图3中的模块可以在无需芯片封装外部的永磁体的情况下，制造模拟磁操纵杆。图4中可能配置的草图展示出，，操纵杆50具有形成本发明的可移动磁导元件或屏蔽体的软磁底层，与两个同样的传感器模块1和2组合。传感器模块1和2对操纵杆的倾斜起相反的作用。通过恰当的布置，可以获得差分信号。这套模块例如响应X方向的倾斜。可以制造第二套模块响应操纵杆Y方向的倾斜。操纵杆在传感器之间转动，使得横向的运动转换为软磁底层相对于传感器之间垂直方向接近程度的差异，如箭头所示。使用与四个相同模块组合的同样的操纵杆，就可以分别检测X方向和方向运动。在操纵杆的实施例中，软磁屏蔽体被实现为使用软磁操纵杆或至少在底部含有软磁部分的操纵杆。当操纵杆放置在完全垂直的位置时，即其平衡位置，由操纵杆底层形成的软磁屏蔽体到传感器1的距离等于从软磁屏蔽体到传感器2的距离。因此，两个传感器中由此产生的磁场强度是相同的，从而其电阻是相同的。通过使用变换器将传感器的电阻转换为电压，并且使用减法电路对两个传感器的电压相减，就可以获得一个方向的输出信号。当操纵杆倾斜时，屏蔽体和传感器之间的距离将改变。电阻表现出最大差值的方向，指示操纵杆的倾斜的方向。根据操纵杆倾斜的方向，输出电压为正值或为负值。只要操纵杆是完全垂直的，两个传感器元件的电阻值就是一样的并且输出为零。电阻的绝对值由操纵杆的底部平面和传感器元件之间的平衡距离决定。当然，由于操纵杆结构的余量，这种距离是可以小幅变化的，但是，只要工作点处于R-H特性的线性区间上，就不会影响操纵杆的功能。
在X-Y指示设备中，必须生成用于X方向和Y方向运动的独立信号。对于每个方向(X，Y)，可以使用MR材料制成的四个电阻器构成惠斯通电桥配置。在一个实施例中，在相同的基板上沉积和构图MR电阻器，例如Si/SiO2基板。在X方向和Y方向的两个惠斯通电桥中的传感器元件彼此之间呈90度布置。沿着Y方向的电桥Y感应Y方向磁场的变化(例如，位于传感器上面的指示设备的杆导致的)，而电桥X感应X方向的磁场变化。
实际上，这种操纵杆可以实现两种功能：
1.通过倾斜该操纵杆，两个传感器的电阻之和保持不变而电阻之差表示操纵杆的倾斜。
2.通过在垂直方向上按压操纵杆，减小两个传感器的电阻之和，而电阻之差保持为0。
本发明的方面包括三维功能的操纵杆或是带有鼠标按键功能的操纵杆。
图5中示出了集成在封装中的指示设备实施例的截面图。其含有磁传感器1、2和集成在芯片封装中的铁氧体杆形式的操纵杆140，每个传感器含有MR元件20以及电磁体或永磁体30。在操纵杆轴线周围可以布置两个或多个传感器模块，例如以环形。它们以如下详细描述的惠斯通电桥的方式或以其他的配置方式电气连接。封装含有基板100，例如具有集成电路部件的芯片，其也用于安放传感器。上述的任意材料都可以用作基板材料。基板通过引线接合120安装在引脚框110之上以实现电气连接。改进封装以使得可以用柔性胶130、例如O型环的合成橡胶或其他任意的机械弹簧，将杆安装在封装材料的盲孔内。这样，如同在普通封装中一样，这种封装中的芯片仍受到防潮、防尘、防擦伤的保护。此外，仍可以使用普通的回流焊工艺。安装铁氧体杆使得其可以在盲孔的底部运动、转动，从而在杆顶部附近的横向运动将导致杆转动角度α。
含有磁传感器的芯片可以与信号处理电路处于相同的芯片上，或靠近同一封装中的另一信号处理芯片(例如，带有微控制器)布置，通过引线接合连接。芯片之间短的距离能够减少噪声的影响。使用微控制器的另一优点是，其是可以编程的以执行任意所需类型的I/O信号处理，包括滤波、阈值比较、放大或误差补偿。
所述的模块还可以构成压力传感器，以用于各种应用，包括用作移动电话或PDA的磁性麦克风，或压力传感器或加速计。在具体的实施例中(见图6)，软磁屏蔽体40的位置通过弹性铰链60或弹簧保持，以实现可移动磁导元件。例如，这种铰链或弹簧可以利用MEMS技术制造，以实现小尺寸并提供可靠的偏置力，以及可以集成化。铰链的硬度和软磁屏蔽体40的质量应使得，例如声音所产生的声波能够激励作为一种麦克风隔膜的软磁屏蔽体。由于软磁屏蔽体的振动，使得传感器MR元件20中的电阻被调制，其易于转换为输出电压，并从而实现了声音的再现。
在软磁屏蔽体和传感器之间的间隙在较低的基准压力下时，同样的配置可以用作一种压力传感器，测量施加在软磁屏蔽体上的外部机械力，或是测量大气压力，例如测量气压或测量高度。本发明包括无液气压计，其读出由根据读出无液膜盒(aneroid bellows)尺寸变化的本发明的模块所提供。例如，可以附加用作基准模块的第二模块，以用于补偿温度变化。
上述原理同样也可以使用AMR技术，而不是GMR技术，尽管AMR传感器的R-H特性完全不同于GMR传感器的R-H特性。图7示出了Ni80Fe20材料裸带(bare strip)的R-H特性，即没有一般用于使特性线性化的螺旋(barberpole)带，其表现出AMR效应。在0场(抛物线顶部的0斜率)周围，裸AMR传感器未表现出灵敏性，但是，当使用恒定的偏置场时，可以为传感器选择适当的工作点。工作点周围的线性化特性不及GMR传感器的特性。
传感器可以由多个AMR电阻器组成。优选的，电阻值在千欧姆的范围内，以限制功耗。
在此前的实施例中，所选择的施加磁场是垂直于构成传感器的磁阻材料条带的方向。在根据本实施例的配置中，所施加的磁场是作为偏置磁场使用，其改变了传感器的特性。通过改变偏置磁场的场强，工作点沿着R-H特性移动。然而，也可以施加沿着条带长度方向的磁场。这具有改变传感器灵敏度的效果。场的调制将导致传感器灵敏度的调制。由于不存在其他重要的磁场，所以在0场点(H＝0kA/m)上灵敏度的变化将影响传感器的电阻。图8示出了调制磁场的效果。以空心圈表示工作点。
根据本发明的任意实施例，存在多种读出传感器信号的方法。基本的，感应元件是电阻器，当磁导屏蔽体改变相距传感器的距离时，电阻器的阻值发生改变。因此，可以检测电阻变化的任意电路都可以用于本发明。如下给出的示例参见图9。
图9A中示出了带有屏蔽体、磁体和行为如同电阻器R1的磁阻元件(单一条带或弯曲的条带)的单一模块。如果电流从电流源通过电阻器R1，就可以直接测量出电阻器R1上的压降。电阻的改变将导致绝对电压的变化。
图9B中示出了带有屏蔽体、磁体和两个磁阻元件的两个模块，每个磁阻元件的行为如同电阻器R1或R2。如果电阻R1和R2发生不同的改变，例如当屏蔽体移动时一个增大而另一个减小，那么可以将电阻置于分压电路中。这两个电阻R1和R2是串联布置的，并在该串联电路上施加固定的绝对电压。在两个电阻之间，可以得到绝对输出电压。这种电路具有的优点是，输出电压的变化是如上项目1中所述的电路的电压变化的2倍。
图9C中示出了包括磁体、屏蔽体和分别含有电阻R1-4的四个磁阻元件的四个模块。电阻R1到R4可以布置成惠斯通电桥配置，使得例如电阻R1和R4增大，而电阻R2和R3减小。这种电路具有的优点是，电压的变化是如上项目1中所述的电路的电压变化的2倍。相对于项目2中所述的电路，其优点是，输出电压在0电压附近变化而不是在某一绝对电平附近改变。这就简化了电信号处理。
可以理解的是，尽管于此讨论的是根据本发明的设备的优选的实施例、具体的结构和配置以及材料，但是在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变或修改。例如，图10A和10B示出了传感器可能的外形，即只是一个磁阻材料的条带20(图10A)或串联的条带，例如，在不需要太多面积的情况下，以弯曲外形的方式(图10B)增加传感器的电阻。
根据本发明的实施例，可以检测屏蔽体相对与基板的水平位置或运动，尽管这种方法的灵敏度低于屏蔽体垂直运动的灵敏度，见图10A。如果传感器象大的弯曲(见图10B)一样布置，就会占据相对大的面积，那么弯曲的电阻将取决于屏蔽体(屏蔽体大于整个传感器的面积)所覆盖的传感器的面积。电阻将由所覆盖的面积线性决定。因此，传感器对于屏蔽体的水平位置是灵敏的。此外，通过弹性铰链，屏蔽体可以从基板释放或束缚在基板上。
图10C和10D示出了例如隔膜的可移动软磁元件40可能的两种运动方式。图10C中，运动是垂直于基板上的传感器20和磁体30。在图10D中，运动是平行于基板上的传感器20和磁体30。
图10E示出了制造设备的另一实施例，其中，磁阻元件20是交替的。屏蔽体40插入到两排磁阻元件20和磁体30之间。屏蔽体40可以向相关的排移动或背离相关的排移动。相对一排的距离增大，而相对另一排的距离减小。因此，磁阻元件一排的电阻增大/减小，而另一排电阻减小/增大。
如上所述，磁传感器含有布置在基板上的磁场发生器(30)和磁阻元件(20)，使得通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面。由于其改变了通过传感器元件的场强度，所以可以检测到传感器附近磁导元件(40)的运动。由于是集成的磁场发生器，所以易于制造和集成。应用包括用于图形显示器的模拟指示器或操纵杆，压力传感器，加速计和麦克风。磁场发生器可以放置在传感器元件的任一侧，并且可以检测到传感器元件和磁导元件之间垂直间隙尺寸的变化，或磁导元件相对于传感器的水平运动。由于垂直间隙靠近或磁导元件交迭的变化，会使较少或较多的平行方向的场通过磁阻元件。在所附的权利要求范围内，技术人员可以想到其他的变化。

Claims (15)

1.一种磁传感器，包括布置在基板(100)上的磁场发生器(30)和磁阻元件(20)，使得自发生器通过磁阻元件的磁场线实质上平行于基板平面，其中，所述磁传感器包括可移动磁导元件(40)，所述可移动磁导元件至少部分改变磁场发生器的磁场线的方向从而通过该可移动磁导元件，使得这些磁场线不通过所述磁阻元件。
2.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)与基板(100)相连接，以允许垂直于基板平面的运动分量。
3.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)与基板(100)相连接，以允许平行于基板平面的运动分量。
4.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)包括软磁材料。
5.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)的磁导率大于磁阻元件(20)的磁导率，使得源自磁场发生器(30)的磁场线至少部分改变方向通过磁导元件。
6.如权利要求1所述的传感器，磁场发生器(30)与磁阻元件布置在基板(100)的同一侧。
7.如权利要求6所述的传感器，磁场发生器(30)含有位于磁阻元件(20)每侧的一对磁体。
8.如权利要求1所述的传感器，其中磁阻元件(20)包括条带部分，条带部分的方向实质上垂直于磁场发生器(30)的场线方向。
9.如权利要求1、4或8所述的传感器，布置在可移动磁导元件附近的磁阻元件能够感应可移动磁导元件在平行于平面的任意方向上的运动，磁阻值表示可移动磁导元件的位置。
10.如权利要求1、4或5所述的传感器，可移动磁导元件(40)是可转动的，从而可以将倾斜转换为可移动磁导元件部分在实质上垂直于磁阻元件平面的方向上的运动。
11.如权利要求10所述的传感器，其是操纵杆。
12.如权利要求1所述的传感器，其中可移动磁导元件(40)用作隔膜。
13.如权利要求12所述的传感器，其是压力传感器。
14.如权利要求I 2或13所述的传感器，其适于检测声波，并因此构成麦克风。
15.如权利要求12或13所述的传感器，其适于检测隔膜上的加速力，并因此构成加速计。
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