CN103336251B - 磁电阻成像传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁电阻成像传感器阵列，包括媒介的磁场激发偏置装置；磁电阻传感器芯片，其包含一主表面和一感应面，主表面内建立有相垂直的X轴和Y轴；感应面内设置有若干构成阵列的磁电阻感应元件，一个或多个磁电阻感应元件的主要感应轴平行于X轴的方向，即为X轴感应元件，另外一个或多个磁电阻感应元件的主要感应轴平行于Y轴的方向，即为Y轴感应元件；激励磁电阻感应元件的电激励源；选择磁电阻感应元件的元件选择电路；输出信号电路。本发明能测量沿着两个轴向的磁场的幅度以及磁场梯度，这种双轴感测能力能使得图片更加清晰，具有较少的盲点；元件选择电路能在任何时间和任何所需的时间序列上监测磁场的绝对值和差值。

Description

磁电阻成像传感器阵列

技术领域

本发明涉及一种验钞、磁读头和成像等技术领域，尤其是上述领域中使用的磁电阻成像传感器阵列。

背景技术

在纸张上高分辨率打点的物理区域的最大直径为25微米。一种电子图像检测仪从媒介中读取图像，然后将图像转化为一个电信号，这个电信号常常是数字数据格式，接着图像或者数据能被显示在屏幕上，或者被复制。

缩微印刷技术主要用于以下领域：印钞、复印、水印、纸质文件安全。这些领域的传感要求各不相同，这是因为数据能采用多种格式，例如磁性油墨、光学油墨。此外，印刷格式也几乎没有限制，一个印刷文字或者物体可以在媒介上的任何地方，可以是任何形状，可以使用任何强度的油墨或者标记。

媒介读取系统主要有两种：扫描读取系统和固定读取系统。固定读取系统可保持读者和媒介之间静止不动，例如，数码相机传感器阵列。扫描读取系统是通过将媒介相对于扫描读头移动来操作的，例如，平板扫描仪、信用卡读卡器以及大多数验钞机。

在引进电子阅读器和扫描仪之前，并没多大必要使印刷物要比人眼所能看到的小。但是现在随着缩微印刷技术和扫描技术的迅速发展，就有需求和机会来读取那些小于25微米的印刷物，并且现有的数字扫描的速度并不是很快，质量也不是很好。就所存储的扫描图像的质量而言，磁扫描落后于光学扫描。因此，就很需要具有更大空间分辨率的扫描磁头，也需要能提供高保真度的磁印刷图像的磁扫描系统，磁印刷图像的保真度受限于传感系统上元件的相对几何位置、扫描头上感应元件的数量以及沿多个坐标轴得到磁场空间图像的需求。

现有技术中也有解决上述问题的方法，但这些方法并不完善。现有的磁电阻传感器阵列中的元件被放置在一长排上来形成扫描头，其宽度为被扫描的整个页面或者票据的宽度，并且感应元件上的所有感应轴都只平行于一个轴向。例如，美国专利7408343“利用具有不等间距的感应元件的磁传感器阵列的位置检测”。在美国专利7349587“磁扫描装置”中公开了一种霍尔效应传感器二维阵列。

当然也存在着一些相关的解决方案，例如美国专利7145330“具有改进磁传感器的磁扫描显微镜”中描述了用少量的3轴传感器作为一个扫描头，该扫描头在三维方向上移动。

在一维的TMR验钞读数阵列和偏置技术领域存在有现有技术，例如申请号为201320121965.7的中国专利申请“用于验钞机磁头的TMR半桥磁场梯度传感器芯片”，该申请公开了一种TMR磁阻传感器芯片，其在单一芯片上具有一维TMR元件阵列。此外，申请号为201210424954.6的中国专利申请“一种被磁偏置的敏感方向平行于检测面的验钞磁头”公开了一种用于单芯片磁头的永磁体偏置设计，该设计改进了传感器所在的面内低磁场区域。

但是，现有的这些解决方案中，没有一种方案公开了一种高密度多轴感测的能跨越整个宽度的扫描头，该扫描头具有一个能同时感测两个轴向的阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服上述问题、能够在两个轴向同时进行感测的磁电阻成像传感器阵列。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种磁电阻成像传感器阵列，用于从媒介上读取图像，其包括

媒介的磁场激发偏置装置，所述的媒介的磁场激发偏置装置为所述的媒介上的图像提供偏置磁场；

磁电阻传感器芯片，所述的磁电阻传感器芯片设置于所述的媒介的磁场激发偏置装置与所述的媒介之间，其包含一主表面和一感应面，所述的感应面平行于所述的主表面或在所述的主表面内，所述的主表面内建立有相垂直的X轴和Y轴；所述的感应面内设置有若干构成阵列的磁电阻感应元件，一个或多个所述的磁电阻感应元件的主要感应轴平行于所述的X轴的方向，即为X轴感应元件，另外一个或多个所述的磁电阻感应元件的主要感应轴平行于所述的Y轴的方向，即为Y轴感应元件。

优选的，所述的磁电阻感应元件为TMR元件。

优选的，所述的磁电阻传感器芯片上还设置有若干条形永磁体，所述的条形永磁体设置于所述的磁电阻感应元件之间且位于所述的感应面上或接近所述的感应面。

优选的，所述的X轴感应元件与所述的X轴之间的夹角为零；所述的Y轴感应元件与所述的Y轴之间的夹角为零。

优选的，所述的X轴感应元件和/或所述的Y轴感应元件分别与所述的X轴、Y轴之间具有一非零夹角。

优选的，所述的媒介的磁场激发偏置装置与所述的磁电阻传感器芯片之间设置有磁极片。

优选的，所述的单个磁电阻传感器芯片的宽度与该所述的磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或所述的媒介的宽度相同。

优选的，所述的磁电阻传感器芯片由若干成行/列设置的子芯片组合构成，全部所述的子芯片的总体宽度与该所述的磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或所述的媒介的宽度相同。

优选的，所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别沿所述的X轴的方向上的间距相等；所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别沿所述的Y轴的方向上的间距相等。

优选的，所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别在所述的X轴的方向或所述的Y轴的方向上有偏移或沿所述的X轴的方向或所述的Y轴上的间距不相等。

优选的，所述的磁电阻成像传感器阵列还包括一元件选择电路、一信号输出电路和一个或多个电激励源，所述的元件选择电路与所述的磁电阻感应元件相连接并提供方法来选择所述的磁电阻感应元件；所述的输出信号电路与所述的元件选择电路相连接；所述的电激励源与所述的磁电阻感应元件相连接并激励所述的磁电阻感应元件。

优选的，所述的元件选择电路包括两个或两个以上选择所述的磁电阻感应元件的电通道。

优选的，所述的磁电阻传感器芯片上还设置有提高磁场测量精度的标准元件和参考元件，所述的元件选择电路与所述的标准元件和参考元件相连接并通过所述的电通道选择所述的标准元件和参考元件。

优选的，所述的标准元件和参考元件包括温度传感器、高阻值非感应电阻、低阻值非感应电阻、X轴传感参考电阻、Y轴传感参考电阻。

优选的，所述的输出信号电路包括输入端与所述的元件选择电路相连接的放大器、输入端与所述的放大器的输出端相连接的模数转换器，所述的输出信号电路由微控制器控制，所述的数模转换器的输出端即为所述的输出信号电路的输出端。

优选的，所述的电激励源、所述的元件选择电路、所述的输出信号电路集成于ASIC芯片上，所述的ASIC芯片与所述的磁电阻传感器芯片相连接，所述的ASIC芯片和所述的磁电阻传感器芯片共同安装于印刷电路板上。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的多轴磁电阻成像传感器阵列能测量沿着两个轴向的磁场的幅度以及磁场梯度，这种双轴感测能力能使得图片更加清晰，具有较少的盲点；一个新的元件选择电路能在任何时间和任何所需的时间序列上监测磁场的绝对值和差值；相邻感应元件之间的小间距提高了图像的分辨率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下将对本发明的较佳实施例并结合附图进行详细说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图1为磁媒介成像模块的示意图。

附图2为Z轴磁化的磁性字符的俯视图。

附图3为Z轴磁化的磁性字符上磁场的侧视图。

附图4为磁场在X轴的分量、Y轴的分量与位置之间的关系曲线。

附图5为本发明的磁电阻成像传感器阵列上的磁电阻传感器芯片和ASIC芯片的俯视图。

附图6为本发明的磁电阻成像传感器阵列上的磁电阻感应元件阵列的俯视图。

附图7为本发明的磁电阻成像传感器阵列的剖视图。

附图8为本发明的磁电阻成像传感器阵列的标准元件和参考元件的俯视图。

附图9为整个传感器阵列的俯视图。

附图10为本发明的磁电阻成像传感器阵列的传感器阵列电流源伪全桥设计的示意图。

附图11为本发明的磁电阻成像传感器阵列的采用的一个典型输出信号电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

首先结合图1至图4对现有技术的相关概念进行描述。

图1显示了越过传感器阵列13的媒介10，媒介10可以是整个票据或者纸张，其沿着轴向媒介运动方向12移动。在图1的右下角显示了一标准的坐标系统，该坐标系统具有X轴1、Y轴2和Z轴3，轴向媒介运动方向12与X轴1平行。驱使媒介运动的为一个常用的马达和/或滚子。

媒介10上印有油墨字符，例如“3”,“1”,“6”,“5”,“2”，此处以数字“6”作为一个特定的油墨字符11，接下来会显示该数字的更多细节，该油墨字符具有设计好的顺磁性。媒介10的设计宽度为MW（mediawidth）16，MW16作为一约束条件，与驱动机一起设计。此外，它对传感器阵列13的宽度AW（arraywidth）17也给出了一要求，即优选地，AW17要足够大，以便于读取媒介上所有的磁性材料。媒介10的厚度为MT（mediathickness）18，理论上来说，MT18为纸张、货币或者其它媒介的厚度，通常为0.1mm，但其值大小可根据应用的不同而不同，媒介的长度ML（medialength）19可以取任何值，它可以是一短存根或者一长卷纸的长度。

传感器阵列13上有大量的磁电阻感应元件，这些元件位于芯片的顶面上，该顶面大致与X-Y平面以及媒介10较大的那一个面平行，将会在下面的图中显示更多有关该设计的细节。永磁体15沿着Z轴的正向磁化，其能将软铁磁的磁极片14磁化，永磁体15的这种大尺寸磁体所产生的大磁场能将媒介10上的油墨字符11磁化。传感器阵列13靠近媒介10放置，这样它能测量来自于油墨字符11上的磁场。磁极片14的设计能减小在X-Y平面内传感器阵列13的感应表面上的磁场强度，关于这一改进的细节已在申请号为201210424954.6的中国专利申请“一种被磁偏置的敏感方向平行于检测面的验钞磁头”中进行了描述。

永磁体15和磁极片14的Y轴方向尺寸大致和AW17相同。典型地，永磁体15和磁极片14的Y轴方向尺寸可能要比AW17稍微大点，这样就能减小在传感器阵列13端部处的非匀强磁场效应，当然选择其它尺寸大小也可以。

图2至图4对媒介10上的油墨字符11对偏置磁场的响应进行了详细描述。这些偏置磁场大部分是由永磁体15产生，但是其它局部特征也能改变施加到油墨字符11上的偏置磁场。图2显示了以数字“6”作为磁油墨字符11的俯视图，图2里所显示的图形所在平面与X-Y平面平行。油墨字符11在媒介平面99内，箭头20所示的为感应面100内的磁场在X-Y平面内部分的磁场方向，该磁场来自于油墨字符11。图3将会更好地解释Z轴方向的平面，但首先要解释一下图2中其它几何特性。

要关注的是感应面100中的磁场，因为这些磁场是要被传感器阵列13探测和量化的，在图2里画出了两条直线路径，即直线路径A和B，直线路径A平行于X轴，直线路径B平行于Y轴。直线路径A和直线路径B相交于作为油墨字符11的数字“6”闭合部分的中心点处。在某些程度上来说，选择这些路径是因为它们是沿对称线的，这样解释磁场就更容易了。直线路径A和直线路径B与数字“6”的交点为点101-110，这些交点为油墨字符11在感应面100上的投影。

从左到右，直线路径A与数字“6”的交点依次为点101，102，103，104。从下到上，直线路径B与数字“6”的交点依次为点105，106，107，108，109，110。交点101-110在后面的图中作为位置参考。

图3为图2中通过直线路径A的剖面图。油墨字符11的左边切面和右边切面显示在媒介平面99上，为了便于查看，油墨字符11的Z轴方向厚度被放大了。感应面100与媒介平面99之间相隔一间距G98，交点101-104沿着媒介平面99显示，并投影到感应面100上。来自于油墨字符11上的磁场的方向如椭圆上的箭头20所示，画成椭圆形是为了显示磁场的形状。油墨字符11里的竖向箭头为油墨磁化矢量21的方向。油墨磁化矢量21显示了磁性油墨的磁化方向，其平行于Z轴方向，这是因为来自于永磁体15的磁场主要为Z轴方向。箭头20所示的磁场方向仅只表示来自于油墨字符11里的磁场的方向，它并不包括任何来自于永磁体15上Z轴方向的大磁场。

图4为沿直线路径A和B的磁场幅度（奥斯特）与位置的关系曲线。图4的上半部分为沿线路径A的磁场与位置的关系曲线。曲线23为磁场幅度在X轴的分量值与位置的关系曲线，即直线路径A上的Hx与X的关系曲线，曲线24为磁场幅度在Y轴的分量值与位置的关系曲线，即直线路径A上的Hy与X的关系曲线，这两曲线所表示的磁场的方向为箭头20所示。交点101，102，103，104作为沿着X轴方向的参考位置点。由于油墨字符11关于直线路径A对称，所以Hy为0，曲线24为零曲线。

图4的下半部分为沿直线路径B的磁场与位置的关系曲线。曲线25为磁场幅度在X轴的分量值与位置的关系曲线，即直线路径B上的Hx与Y的关系曲线，曲线26为磁场幅度在Y轴的分量值与位置的关系曲线，即直线路径B上的Hy与Y的关系曲线，这两曲线所表示的磁场的方向为箭头20所示。交点105，106，107，108，109，110作为是沿着Y轴方向的参考位置点。由于油墨字符11关于线路径B对称，所以Hx为0，曲线25为零曲线。

以上是对现有技术中相关概念的描述，下面将会对本发明的实施例进行详细描述。

实施例

一种磁电阻成像传感器阵列，用于从媒介上读取图像，其包括媒介的磁场激发偏置装置、磁电阻传感器芯片、一个或多个电激励源、元件选择电路、输出信号电路这些组成部分。

如图5所示，该图所在平面与X-Y平面相平行。

磁电阻传感器芯片设置于媒介的磁场激发偏置装置与媒介10之间，其包含一主表面（即X-Y平面）和一感应面100，感应面100平行于主表面或在X-Y平面内。

整个传感器阵列13比图5中所示的还要大，其由若干成行/列设置的子芯片34，34.1，34.2，…，34.n组合构成，全部子芯片的总体宽度与该磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或媒介的宽度相同，即磁电阻传感器芯片的宽度与该磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或媒介的宽度相同。34.n表示在一排上有n个子芯片，n的取值大约为AW17/CW47，其中AW17为传感器阵列的宽度，CW47为子芯片的宽度，每一个子芯片的长度为CL48。图5中仅显示出了一个子芯片34，稍后会给出对子芯片34.1的描述。

子芯片34的感应面内设置有若干构成阵列的磁电阻感应元件，一个或多个磁电阻感应元件的主要感应轴平行于X轴的方向，即为X轴感应元件32，另外一个或多个磁电阻感应元件的主要感应轴平行于Y轴的方向，即为Y轴感应元件33。在本专利申请中，术语“磁电阻”用来描述一种磁传感元件技术，现有的磁电阻感应元件主要有Hall、AMR、GMR、TMR这几种类型，在实际制造和应用中，这些类型的磁电阻感应元件具有下面这些共有特征：需要一个电流或者电压偏置、有效电导率能随外加磁场的变化而改变、可以在硅基片或者其他精密加工的基片上制造、容易与其他半导体电路和微电子电路集成。其中，TMR是可利用的磁电阻技术中最先进的技术，其次依次是GMR、AMR、Hall。此外，TMR是这些技术中最新颖的，制造也是最具挑战性的，考虑到制造工艺的复杂性，在磁电阻产品应用中使用TMR装置显得十分重要。TMR元件的灵敏度要比GMR元件高10倍左右，并且功耗更低，所以TMR元件是本发明优选的磁电阻感应元件。子芯片34上还设置有若干条形永磁体31，条形永磁体31设置于磁电阻感应元件之间且位于感应面100上或接近感应面100。

图5中还显示出了一个ASIC芯片35，其上集成了电激励源、元件选择电路、输出信号电路，该ASIC芯片与磁电阻传感器芯片相连接。相类似的，ASIC芯片可以有m个，m为自然数，而该ASIC芯片的数量并不必需与子芯片34的数量相同。图5中仅示出了一个ASIC芯片35。

为了实现电激励源与磁电阻感应元件之间、元件选择电路与磁电阻感应元件之间的连接，即子芯片34与ASIC芯片35的连接，采用焊盘及焊线的连接方式。具体的，每一个X轴感应元件32和Y轴感应元件33都对应有一个传感器芯片引线接合焊盘36，还有另外一个引线接合焊盘36用于将各个X轴感应元件32和Y轴感应元件33共同接地连接，即每一个X轴感应元件32和Y轴感应元件33都有两个电连接点，其中一个电连接点与子芯片上共有的GND连接，使用子芯片34上导体46将另外一个电连接点与传感器芯片引线接合焊盘36连接。所以在图5所示的实施例中，由于共有16个X轴感应元件32和Y轴感应元件33，所以总共有17个传感器芯片引线接合焊盘36设置在子芯片34上。

而在ASIC芯片35的边缘处设置有一组相匹配的ASIC引线接合焊盘37，焊线45用于电连接相邻的子芯片34和ASIC芯片35。这些ASIC引线接合焊盘37沿着ASIC芯片35的边缘匹配放置，或者使用元件选择电路来使传感器阵列能进行任意选择。元件选择电路可以采用多个多路复用器。图5中显示了2个多路复用器，即第一多路复用器43和第二多路复用器44，这样即构成两个选择磁电阻感应元件的电通道。每一个多路复用器都是典型的16:1类型，即用1个输出端来连接16个输入端。多路复用器的类型、输入端和输出端的个数可能会根据应用设计的要求来进行调整。

ASIC芯片35上还设置两个电激励源，分别为电流源I138和电流源I239，且电流源I138与电流源I239分别与GND41、第一多路复用器43和第二多路复用器44连接，这样子芯片34上的16个感应元件32，33中的每一个都能与电流源I138或者电流源I239电连接，从而使电激励源激励磁电阻感应元件。

输出信号电路实际为信号处理电路，其与元件选择电路相连接，例如采用放大器42作为差分放大器，其有两个输入端，一个来自于电流源I138，另一个来自于电流源I239。这两个电流源和选择的两个感应元件一起构成了“伪全桥”。基于本专利申请的目的，“伪全桥”也可指一种有两个输出端（左和右）的电子电阻测量装置，每一端都有一个电流源为待测电阻提供电流，两端的电势差为电桥输出信号，在后续的图中会显示更多的电子测量装置式样。

参见图6所示，子芯片34上由磁电阻感应元件构成的阵列中，包括几种情况：

（1）在图6的左下角是一对感应元件（包括一个X轴感应元件66和一个Y轴感应元件67），它们与X轴、Y轴有相应的非零夹角，其中X轴感应元件66与X轴的非零夹角为57，Y轴感应元件67与Y轴的非零夹角为58。

（2）在阵列的上方也显示了几对感应元件，其中有几对感应元件各自并没有相对于X轴或Y轴倾斜，即X轴感应元件没有相对X轴倾斜，Y轴感应元件没有相对Y轴倾斜。

一组X轴感应元件、Y轴感应元件分布在阵列上相应网格点（网格线的交点）处或者位于与相应网格点有偏移量处（即X轴感应元件、Y轴感应元件分别在X轴的方向或Y轴的方向上有偏移）。

各相邻感应元件之间的沿X轴的方向或Y轴上的间距可以不同，优选地是等间距（即阵列中相邻的X轴感应元件之间、相邻的Y轴感应元件之间分别沿X轴的方向上的间距相等；阵列中相邻的X轴感应元件之间、相邻的Y轴感应元件之间分别沿Y轴的方向上的间距相等）。竖直网格线之间的等间距表示为Xp61，水平网格线之间的等间距表示为Yp62。X轴感应元件的中心与最接近的网格点之间的距离为（x；y）=（Xr63；0），Y轴感应元件的中心与最接近的网格点之间的距离为（x；y）=（0;Yr64）。当X轴感应元件与Y轴感应元件位于相应网格点处时（即无偏移时），Xr=Yr=0。在阵列的右边显示了有偏移量的感应元件，其中有偏移量的X轴感应元件与最接近的竖直网格线、水平网格线之间的间距分别为XirX63’、XirY64’，其中有偏移量的Y轴感应元件与最接近的竖直网格线、水平网格线之间的间距分别为YirX63”、YirY64”。

间距Yp62与所需的图像分辨率成反比例关系，图像分辨率的单位为DPMM（DotsPermm），则间距Yp62的单位为1/DPMM。对于一般规定的4DPMM图像分辨率，相应的间距Yp=1/4mm=0.25mm=250μm。间距Xp61可能与Yp62相同，但这并不是绝对的要求。

在Y轴方向上沿着整个阵列的宽度AW17所需要的感应元件的数量用TY表示，则TY=1+AW/Yp。例如，如果AW=40mm，则TY=1+40/0.25=161。

在X轴方向上沿着整个传感器阵列的长度方向所需要的感应元件的数量用TX表示，TX的值可能要比TY小很多，这是因为媒介的运动方向12与X轴平行。在X轴上的图像空间分辨率取决于Xp62，也取决于媒介10的运动速度以及ADC74的模拟数字转换速率。在本实施例中，优选地，TX的取值为1-4中的任一值。

图6还显示了在子芯片34上的条形永磁体31，它们与X轴的夹角为60，它们的宽度为65。相邻的条形永磁体31之间的中心间距为59。虽然根据微磁的设计要求不同，该取值就会不同，但在本实施例中间距59为一定值。条形永磁体31主要是用来改善在其之间的磁电阻感应元件的磁传感性能。

如图7所示，ASIC芯片35和子芯片34安装在印刷电路板（PCB）68上，焊线45用来电连接ASIC芯片35和传感器阵列子芯片34。媒介的磁场激发偏置装置包括永磁体15和磁极片14，其用于为媒介10里的油墨字符11提供一个很强的Z轴偏置磁场，而磁极片14可减少作用于传感器阵列子芯片34上的感应元件在X-Y平面内的无用场。

参见图8所示，其显示了子芯片34.1的细节，该子芯片34.1与子芯片34的传感特征相同，但该图显示了与前面图形的不同部分和改进的特征的细节。其通过使用校准装置和相关方法来提高电阻和磁场测量的精度，即子芯片34.1上还可以设置提高磁场测量精度的标准元件和参考元件，元件选择电路与该标准元件和参考元件相连接并通过电通道选择标准元件和参考元件。标准元件和参考元件包括温度传感器53、高阻值非感应电阻52、低阻值非感应电阻51、X轴传感参考电阻54、Y轴传感参考电阻55。

这些校准装置可以集成到传感器阵列子芯片34，34.1，…，34.n上，并且多路复用器可以随时切换伪全桥的校准电阻和参考电阻。该伪全桥包括两个用于板上校准的非感应电阻，即低阻值非感应电阻51和高阻值非感应电阻52。如若需要，还可以有任意个参考电阻，这些电阻的阻值与磁电阻阵列感应元件的阻值数量级相同。该伪全桥还包括温度传感器53、X轴传感参考电阻54和Y轴传感参考电阻55，这些传感参考电阻提供元件代表性的电阻信号，这些元件的电阻与其它阵列元件有相同的温度特性，还可以在这些参考电阻上放置一个磁屏蔽结构来减小它们对磁场信号的感应。这些元件的一端与接地端GND41连接，另一端与子芯片34.1边缘处相应的引线接合焊盘36连接，这些引线接合焊盘36通过与ASIC芯片35.1上相应的引线接合焊盘连接之后，与ASIC芯片35.1上的多路复用器连接。

图9为整个传感器阵列13的俯视图，图中显示出了传感元件和ASIC芯片的排布细节。子芯片34的个数n由前面描述的方法决定，在图11的右侧排布有n+1个子芯片34，从下到上分别是：34.0，34.1，…，34.(n-1)，34.(n)，相应的左侧排布有n+1个ASIC芯片35.0，35.1，…，35.(n-1)，35.(n)。ASIC芯片的数量并不非要与子芯片34的数量相匹配。子芯片34.1包含有参考元件，图中参考元件所在位置只是示意位置，并不一定是准确的排布位置。

图10为形成伪全桥的元件阵列、多路复用器和两个电流源的示意图。第一多路复用器43和第二多路复用器44与相应的电流源I138、I239连接，阵列里的每一个磁电阻感应元件、每一个参考电阻和校准装置都能电连接到电流源I138或/和I239上。伪全桥的输出电压为电桥第一输出71和电桥第二输出72之间的电势差。所有的电流源、所有的感应元件、所有的参考电阻和所有的校准装置都共用一个接地端。

图11为一个典型传感阵列信号处理电路的原理图，该信号处理电路作为输出信号电路。该信号处理电路包括输入端与元件选择电路相连接的放大器42、输入端与放大器42的输出端相连接的模数转换器74，数模转换器74的输出端即为输出信号电路的输出端76。两个电桥输出71，72分别电连接到放大器42的正、负输入端。放大器42放大的输出信号将会输入到模数转换器（ADC）74上。这个电路由微控制器（MCU）75控制，传感系统产生的电子信号将会通过系统输出端76输出。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种磁电阻成像传感器阵列，用于从媒介上读取图像，其特征在于：其包括

媒介的磁场激发偏置装置，所述的媒介的磁场激发偏置装置为所述的媒介上的图像提供偏置磁场；

磁电阻传感器芯片，所述的磁电阻传感器芯片设置于所述的媒介的磁场激发偏置装置与所述的媒介之间，其包含一主表面和一感应面，所述的感应面平行于所述的主表面或在所述的主表面内，所述的主表面内建立有相垂直的X轴和Y轴；所述的感应面内设置有若干构成阵列的磁电阻感应元件，一个或多个所述的磁电阻感应元件的主要感应轴平行于所述的X轴的方向，即为X轴感应元件，另外一个或多个所述的磁电阻感应元件的主要感应轴平行于所述的Y轴的方向，即为Y轴感应元件；所述的磁电阻感应元件为TMR元件；

所述的磁电阻传感器芯片上还设置有若干条形永磁体，所述的条形永磁体设置于所述的磁电阻感应元件之间且位于所述的感应面上或接近所述的感应面。

2.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的X轴感应元件与所述的X轴之间的夹角为零；所述的Y轴感应元件与所述的Y轴之间的夹角为零。

3.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的X轴感应元件和/或所述的Y轴感应元件分别与所述的X轴、Y轴之间具有一非零夹角。

4.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的媒介的磁场激发偏置装置与所述的磁电阻传感器芯片之间设置有磁极片。

5.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：单个所述的磁电阻传感器芯片的宽度与该所述的磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或所述的媒介的宽度相同。

6.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的磁电阻传感器芯片由若干成行/列设置的子芯片组合构成，全部所述的子芯片的总体宽度与该所述的磁电阻成像传感器阵列设计所需的可读宽度或所述的媒介的宽度相同。

7.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别沿所述的X轴的方向上的间距相等；所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别沿所述的Y轴的方向上的间距相等。

8.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的阵列中相邻的所述的X轴感应元件之间、相邻的所述的Y轴感应元件之间分别在所述的X轴的方向或所述的Y轴的方向上有偏移或沿所述的X轴的方向或所述的Y轴上的间距不相等。

9.根据权利要求1所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的磁电阻成像传感器阵列还包括一元件选择电路、一信号输出电路和一个或多个电激励源，所述的元件选择电路与所述的磁电阻感应元件相连接并提供方法来选择所述的磁电阻感应元件；所述的输出信号电路与所述的元件选择电路相连接；所述的电激励源与所述的磁电阻感应元件相连接并激励所述的磁电阻感应元件。

10.根据权利要求9所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的元件选择电路包括两个或两个以上选择所述的磁电阻感应元件的电通道。

11.根据权利要求10所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的磁电阻传感器芯片上还设置有提高磁场测量精度的标准元件和参考元件，所述的元件选择电路与所述的标准元件和参考元件相连接并通过所述的电通道选择所述的标准元件和参考元件。

12.根据权利要求11所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的标准元件和参考元件包括温度传感器、高阻值非感应电阻、低阻值非感应电阻、X轴传感参考电阻、Y轴传感参考电阻。

13.根据权利要求9所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的输出信号电路包括输入端与所述的元件选择电路相连接的放大器、输入端与所述的放大器的输出端相连接的模数转换器，所述的输出信号电路由微控制器控制，所述的模数转换器的输出端即为所述的输出信号电路的输出端。

14.根据权利要求9所述的磁电阻成像传感器阵列，其特征在于：所述的电激励源、所述的元件选择电路、所述的输出信号电路集成于ASIC芯片上，所述的ASIC芯片与所述的磁电阻传感器芯片相连接，所述的ASIC芯片和所述的磁电阻传感器芯片共同安装于印刷电路板上。