CN102315241A

CN102315241A - 具有减小的amr效应的gmr传感器

Info

Publication number: CN102315241A
Application number: CN201110176336XA
Authority: CN
Inventors: U.奥瑟莱希纳
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: CN102315241B; US9013181B2; US20140035571A1; US8564286B2; US20110316533A1; DE102011078069A1

Abstract

本发明涉及具有减小的AMR效应的GMR传感器。实施例涉及具有减小的各向异性磁阻（AMR）效应的巨磁阻（GMR）角度传感器布局。实施例提供减小或者消除与AMR效应有关的失真、能够更加容易地扩大或缩减、并且更加紧凑以更加高效地使用可用表面面积的GMR角度传感器布局。

Description

具有减小的AMR效应的GMR传感器

技术领域

本发明通常涉及巨磁阻（GMR）传感器并且更加具体地涉及具有减小的各向异性磁阻（AMR）效应的GMR角度传感器布局。

背景技术

能够在各种角度位置感测应用中使用巨磁阻（GMR）传感器，包括在汽车应用中和在无刷直流（DC）电动机换向（commutation）和旋转开关应用中的转向角度感测。在使用中，在GMR角度传感器中的GMR层的电阻响应于在自由层的磁化和基准方向之间的角度而改变。该基准方向能够由角度传感器的基准层的硬磁或者永磁磁化限定。GMR电阻器的电阻能够被表达为：

R=R0*（1+GMR*cos（phi））

其中phi（φ）是在基准层的磁化和自由层的磁化之间的角度，R0是在phi=90度处的电阻，并且GMR是规定GMR效应的强度的无量纲数。

各向异性磁阻（AMR）传感器也是已知的并且具有是在所施加的磁场和通过软磁导电层的电流流线之间的角度的函数的电阻：

R=R0*（1+AMR*（cos（psi））²）

其中psi（ψ）是在电流流线和软磁层的磁化之间的角度，R0是在psi=90度处的电阻，并且AMR是规定AMR效应的强度的无量纲数。

GMR和AMR电阻器二者均能够通常包括金属薄膜，该金属薄膜具有小的薄层电阻从而使用被布置成蛇形（serpentine）的很多条带（strip）来构建更大的电阻器。然而，GMR电阻器的缺陷在于，它们还具有能够使结果失真的、小的AMR效应。当考虑AMR效应时GMR电阻器的电阻能够被表达为：

R=R0*（1+GMR*cos（phi）+AMR*（cos（psi））²）

因此，存在对具有减小的AMR效应的GMR角度传感器的需要。

发明内容

在一个实施例中，一种巨磁阻（GMR）传感器包括：第一半桥，该第一半桥包括被耦接到电源电压端子的第一电阻器和被耦接到接地端子的第二电阻器；和第二半桥，该第二半桥包括第三电阻器和第四电阻器，该第三电阻器被耦接到电源电压端子，并且该第四电阻器被耦接到接地端子，其中第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器被定向成提供第一电流流动方向，并且第一、第二、第三和第四电阻器中的另两个电阻器被定向成提供垂直于第一电流流动方向的第二电流流动方向，并且其中第二电阻器的电流流动方向垂直于第三电阻器的电流流动方向。

在另一实施例中，一种GMR传感器包括：第一基准层部分，在其上置放第一曲径（meander）和第二曲径，该第一曲径被耦接到电源电压端子并且包括第一部分和第二部分，并且该第二曲径被耦接到接地端子并且包括第三部分和第四部分；第二基准层部分，在其上置放第三曲径和第四曲径，该第三曲径被耦接到电源电压端子并且包括第五部分和第六部分并且与第二曲径形成第一半桥，并且该第四曲径被耦接到接地端子并且包括第七部分和第八部分并且与第一曲径形成第二半桥，其中第一、第二、第三和第四曲径中的两个曲径被布置成具有第一电流流动方向，并且第一、第二、第三和第四曲径中的另两个曲径被布置成具有垂直于第一电流流动方向的第二电流流动方向，并且其中第二曲径的电流流动方向垂直于第三曲径的电流流动方向。

在另一实施例中，一种方法包括：提供具有全桥布局的巨磁阻（GMR）传感器；和将GMR传感器的第一和第二电阻器耦接到电源电压并且将GMR传感器的第三和第四电阻器耦接到接地，第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器被配置为提供第一电流流动方向并且第一、第二、第三和第四电阻器中的另两个电阻器被配置为提供垂直于第一方向的第二电流流动方向，第二和第三电阻器被配置为提供彼此垂直的电流流动方向。

附图说明

结合附图，考虑本发明的各种实施例的以下详细描述，可以更加完全地理解本发明，其中：

图1描绘根据一个实施例的GMR角度传感器。

图2描绘根据一个实施例的AMR角度传感器。

图3描绘根据一个实施例的GMR角度传感器。

图4描绘根据一个实施例的GMR角度传感器。

图5描绘根据一个实施例的GMR角度传感器。

虽然本发明经得起各种修改和备选形式的检验，但是其细节已通过实例方式在图中示出并且将得到详细描述。然而，应该理解，本发明并非将发明限制于所描述的特定实施例。相反，意图在于涵盖落入如由所附权利要求限定的、本发明的精神和范围内的全部修改、等价方案和备选方案。

具体实施方式

本发明涉及具有减小的AMR效应的GMR角度传感器布局。实施例提供减少或者消除与AMR效应有关的失真、能够更加容易地扩大或缩减并且更加紧凑以更加高效地使用可用表面面积的GMR角度传感器布局。

图1描绘根据一个实施例的GMR传感器100的布局。GMR传感器100包括具有两个半桥的全桥布局。第一半桥包括在基准层104a上置放的左上（相对于页面上的图定向）曲径102与在基准层104b上置放的右下曲径106串联耦接。第二半桥包括在基准层104b上置放的右上曲径108与在基准层104a上置放的左下曲径110串联耦接。相对于在页面上的较长曲径条带的定向，曲径102和108还能够被称作竖直曲径，并且曲径106和110被称作水平曲径，但是在实践中所述定向事实上可以不是竖直的或者水平的。该术语因此在这里是为了方便和说明起见使用的而非进行限制。

基准层104a和104b的磁化方向在实施例中改变。在所描绘的实施例中，基准层104a具有从左到右进行的磁化，而基准层104b是相反的。在一个实施例中，基准层104a和104b被置放在管芯表面（在图1中未描绘）上。

曲径102和108被耦接到电源电压Vs，而曲径106和110被耦接到接地并且在每一个半桥的曲径之间测量输出电压Vo。因此，在曲径102和108中和在曲径106和110中，电流沿着相同方向流动，其中在曲径102和108中的电流流动方向垂直于在曲径106和110中的电流流动方向。这种配置有效地抵消了在两个半桥之间的任何AMR效应。

这能够通过比较GMR传感器100与AMR传感器布局而看到。参考图2，描绘了AMR传感器120的布局。在AMR传感器120中，给定电阻性半桥构件的旋转定向，每一个半桥的AMR贡献被相加。然而，比较AMR传感器120的布局与GMR传感器100的布局示出了GMR传感器100的曲径108和110的定向相对于在AMR传感器120中的相同曲径的定向被反转。因此，包括曲径108和110的GMR传感器100的半桥的AMR贡献被减去而不是如在AMR传感器120中被相加，并且由此被减小或者消除。

在图3中描绘了另一实施例。类似于图1的GMR传感器100，GMR传感器130如以上讨论的那样抵消了半桥AMR贡献。GMR传感器130的布置通过在每一个半桥的两个电阻器中具有相同的AMR贡献而实现了这点。换言之，如与其中在两个半桥之间任何AMR贡献均被抵消的GMR传感器100相比，每一个半桥均没有AMR相关贡献，因为在半桥内任何贡献均被抵消。

由实施例提供的另一个优点是差分输出信号对在水平曲径（例如，图1中的曲径106和110）和竖直曲径（例如，图1中的曲径102和108）之间的不同标称电阻的总体免疫性。除了别的以外，例如由于设计、加工或者制造不一致性导致的曲径形状的系统差异能够引起电阻的变化。因此，对这些差异不敏感的设计提供了优点。因此，在实施例中，竖直和水平曲径的尺寸和形状可以有意或无意地改变。例如，图4描绘了GMR传感器140的实施例，其中与竖直曲径102和108相比，相对于在页面上的定向，水平曲径106和110是更短的和更窄的。虽然输出信号的共模得以实现，但是差分输出信号并非如此。

在图5中，描绘了另一个实施例。GMR角度传感器150包括四个曲径102、106、108和110。曲径102包括第一部分102a和第二部分102b，其中部分102a和102b被邻接地或者串行地布置。曲径108类似地包括部分108a和108b。每一个部分102a、b和108a、b的周边均为大致正方形，从而每一个部分均能够相对下曲径106和110的定向旋转90度。曲径部分110b例如对应于经旋转的曲径部分102b。如在其它实施例中，通过两者均被耦接到电源电压Vs的曲径102和108的电流流动方向是相同的，其中在曲径106和110中的电流流动方向也是相同的但是相对于在曲径102和108中的电流流动方向是垂直的。

在其它实施例中，一个或者多个曲径能够以其它方式在尺寸、长度和组成方面改变。例如，一个或者多个曲径能够具有或多或少的转弯（turn）和/或分支。一个或者多个曲径的弯曲部分能够是斜向的（angled）、尖角的（pointed）、更宽的和/或更窄的。如其它物理特性能够改变的那样，一个或者多个曲径的长度能够改变。然而，通常在GMR角度传感器的全桥布局中被耦接到电源电压的两个曲径具有第一电流流动方向，而被耦接到接地的另两个曲径具有不同于并且垂直于第一电流流动方向的第二电流流动方向。已在这里描述了系统、器件和方法的各种实施例。这些实施例是仅仅通过实例方式给出的，而非旨在限制本发明的范围。而且，应该理解，已描述的实施例的各种特征可以被以各种方式组合以产生多个另外的实施例。而且，虽然已描述了各种材料、尺寸、形状、注入位置等用于所公开的实施例，但是在不超过本发明的范围的情况下可以利用除了所公开的那些之外的其它材料、尺寸、形状、注入位置等。

在相关技术领域中的普通技术人员将会认识到，本发明可以包括比在上述的任何个体实施例中说明的更少的特征。在这里描述的实施例不打算是可以组合本发明的各种特征所用的方式的穷尽性介绍。因而，实施例不是彼此排斥特征组合；相反，如本领域的普通技术人员理解的，本发明可以包括选自不同个体实施例的不同个体特征的组合。

通过以上文档引用的任何结合均受到限制，从而与在这里的、明确的公开相违背的任何主题均未得以结合。通过以上文档引用的任何结合均进一步地受到限制，从而在所述文档中包括的任何权利要求在这里均未通过引用得以结合。通过以上文档引用的任何结合均更进一步地受到限制，从而除非明确地被包括在这里，在所述文档中提供的任何定义在这里均未通过引用得以结合。

为了解释本发明的权利要求的目的，明确地期望除非在权利要求中叙述了具体术语“用于…的装置”或者“用于…的步骤”，根据美国法典第35条第六段第112节的条款将不予援引。

Claims

1. 一种巨磁阻（GMR）传感器，包括：

第一半桥，包括被耦接到电源电压端子的第一电阻器和被耦接到接地端子的第二电阻器；和

第二半桥，包括第三电阻器和第四电阻器，所述第三电阻器被耦接到所述电源电压端子，并且所述第四电阻器被耦接到所述接地端子，

其中所述第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器被定向成提供第一电流流动方向，并且所述第一、第二、第三和第四电阻器中的另两个电阻器被定向成提供垂直于所述第一电流流动方向的第二电流流动方向，并且其中所述第二电阻器的电流流动方向垂直于所述第三电阻器的电流流动方向。

2. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一和第四电阻器被置放在第一基准层上并且所述第二和第三电阻器被置放在第二基准层上。

3. 根据权利要求2的GMR传感器，其中所述第一基准层的磁化方向与所述第二基准层的磁化方向相反。

4. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一、第二、第三和第四电阻器包括曲径。

5. 根据权利要求4的GMR传感器，其中所述第一电流流动方向对应于所述第一和第三电阻器的条带部分，并且所述第二电流流动方向对应于所述第二和第四电阻器的条带部分。

6. 根据权利要求1的GMR传感器，其中在所述第一和第二电阻器之间和在所述第三和第四电阻器之间耦接输出电压端子。

7. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述GMR传感器包括角度传感器。

8. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一半桥的各向异性磁阻（AMR）效应至少部分地被所述第二半桥的AMR效应抵消。

9. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一或者第三电阻器中的至少一个的标称电阻不等于所述第二或者第四电阻器中的至少一个的标称电阻。

10. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器是所述第一和第三电阻器并且另两个电阻器是所述第二和第四电阻器。

11. 根据权利要求1的GMR传感器，其中所述第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器是第一和第二电阻器并且另两个电阻器是第三和第四电阻器。

12. 一种巨磁阻（GMR）传感器，包括：

第一基准层部分，在其上置放第一曲径和第二曲径，所述第一曲径被耦接到电源电压端子并且包括第一部分和第二部分，并且所述第二曲径被耦接到接地端子并且包括第三部分和第四部分；

第二基准层部分，在其上置放第三曲径和第四曲径，所述第三曲径被耦接到电源电压端子并且包括第五部分和第六部分并且与所述第二曲径形成第一半桥，并且所述第四曲径被耦接到接地端子并且包括第七部分和第八部分并且与所述第一曲径形成第二半桥，

其中所述第一、第二、第三和第四曲径中的两个曲径被布置成具有第一电流流动方向，并且所述第一、第二、第三和第四曲径中的另两个曲径被布置成具有垂直于第一电流流动方向的第二电流流动方向，并且其中所述第二曲径的电流流动方向垂直于所述第三曲径的电流流动方向。

13. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第三、第四、第七和第八部分的定向相对于所述第一、第二、第五和第六部分的定向被旋转大约90度。

14. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第一和第二部分以及第五和第六部分的条带部分被基本上彼此平行地布置。

15. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第二和第三部分的条带部分被彼此相邻地布置，并且其中所述第七和第八部分的条带部分被彼此相邻地布置。

16. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第一基准层部分的磁化方向与所述第二基准层部分的磁化方向相同。

17. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第一、第二、第三和第四曲径中的两个曲径是所述第一和第三曲径，并且另两个曲径是所述第二和第四曲径。

18. 根据权利要求12的GMR传感器，其中所述第一、第二、第三和第四曲径中的两个曲径是所述第一和第二曲径，并且另两个曲径是所述第三和第四曲径。

19. 一种方法，包括：

提供具有全桥布局的巨磁阻（GMR）传感器；和

将所述GMR传感器的第一和第二电阻器耦接到电源电压并且将所述GMR传感器的第三和第四电阻器耦接到接地，所述第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器被配置为提供第一电流流动方向并且所述第一、第二、第三和第四电阻器中的另两个电阻器被配置为提供垂直于所述第一方向的第二电流流动方向，所述第二和第三电阻器被配置为提供彼此垂直的电流流动方向。

20. 根据权利要求19的方法，进一步包括使得电流在所述第一、第二、第三和第四电阻器中流动。

21. 根据权利要求20的方法，进一步包括测量在所述第一和第四电阻器以及所述第二和第三电阻器之间的输出电压。

22. 根据权利要求19的方法，进一步包括在第一基准层部分上布置所述第一和第三电阻器并且在第二基准层部分上布置所述第二和第四电阻器。

23. 根据权利要求19的方法，进一步包括以曲径形式形成所述第一、第二、第三和第四电阻器。

24. 根据权利要求19的方法，进一步包括通过所述第二和第四电阻器的各向异性磁阻（AMR）效应至少减小所述第一和第三电阻器的AMR效应。

25. 根据权利要求19的方法，其中所述第一、第二、第三和第四电阻器中的两个电阻器是所述第一和第三电阻器并且另两个电阻器是所述第二和第四电阻器。