CN105378500A - 用于产生变化的磁场的磁传感器的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于检测磁场的方法和装置包括半导体基板(20)，线圈(18)，所述线圈被配置为响应于所述线圈中的变化的电流而提供变化的磁场；以及由所述基板支撑的磁场感测元件(16)。所述线圈接收所述变化的电流，并且作为响应而产生变化的磁场。所述磁场感测元件通过检测磁性目标(12)所导致的磁场的变化并且将所述变化与预期值比较而检测所述目标的存在。
Description
技术领域
本公开内容涉及磁场传感器，并且更具体而言，涉及具有集成线圈或磁体的磁场传感器。
背景技术
有多种类型的磁场感测元件，包括但不限于：霍尔效应元件、磁阻元件和磁敏晶体管。还众所周知的是，有不同类型的霍尔效应元件，例如，平面霍尔元件、垂直霍尔元件和圆形垂直霍尔(CVH)元件。还知道有不同类型的磁阻元件，例如，各向异性磁阻(AMR)元件、巨磁阻(GMR)元件、隧穿磁阻(TMR)元件、锑化铟(InSb)元件和磁性隧道结(MTJ)元件。
霍尔效应元件产生与磁场强度成正比的输出电压。相反，磁阻元件与磁场成比例地改变电阻。在电路中，可以引导电流通过磁阻元件，由此产生与磁场成正比的电压输出信号。
使用磁场感测元件的磁场传感器用于各种设备中，这些设备包括感测由电流运载导体所运载的电流产生的磁场的电流传感器、感测铁磁或磁性对象的接近的磁开关(本文也称为接近检测器)、感测铁磁物体(例如，轮齿)通过的旋转检测器、以及感测磁场或磁场的磁通量密度的磁场传感器。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了用于具有集成线圈和感测元件的磁传感器的方法和装置，以检测由于诸如铁磁轮齿等目标的运动而由被激励线圈产生的磁场的变化。在一个实施例中，感测元件包括巨磁阻(GMR)元件，其对磁场变化具有比可比的霍尔元件更大的灵敏度。GMR换能器可以包括采用桥式构造的多个GMR元件，在这种情况下，可以将H桥的第一对GMR元件安置于线圈的一端，可以将第二对GMR元件安置于线圈的相对端。或者，磁场感测元件可以是霍尔元件。
在实施例中，磁场传感器包括半导体基板、被配置成响应于线圈中的变化电流来提供变化磁场的线圈；以及受基板支撑并配置成感测受铁磁目标的存在影响的磁场的磁场感测元件。可以由耦合到线圈的脉冲或瞬态电流源来提供电流。特征可以包括以下一个或多个。可以由设置在基板表面上的至少一个金属层来形成线圈。可以将磁场感测元件的至少一部分安置于线圈的环内。电源可以耦合到线圈。可以将线圈安置于基板上方或下方。线圈可以是被包括在与所述基板的封装件相同的封装件中的独立形成的元件。
在另一实施例中，一种检测磁场的方法包括：提供半导体基板，驱动变化的电流通过线圈使得所述线圈产生变化的磁场，以及利用由所述基板支撑的磁场感测元件来感测由于铁磁目标的接近而导致的变化的磁场中的变化。特征可以包括以下特征中的一个或多个。该方法可以包括由设置在基板表面上的一个或多个金属层来形成感应线圈，和/或采用桥式构造的多个GMR元件的形式来提供所述磁场感测元件，在这种情况下，可以将第一对GMR元件安置于感应线圈的一端，并且可以将第二对GMR元件安置于线圈的相对端。可以将磁场感测元件的至少一部分安置于感应线圈的环内。可以以霍尔元件的形式提供磁场感测元件。该方法可以包括向线圈提供脉冲或瞬态电流，将线圈附接到基板顶表面或底表面，和/或将所述线圈提供为在与所述基板的封装件相同的封装件中的独立形成的元件。
附图说明
附图辅助解释所公开的技术并且图示了各种示例性实施例。它们并非旨在限制本发明的范围，也并非旨在呈现每种可能的实施例。图中相同的编号表示相同的元件。
图1是具有集成线圈的磁传感器的实施例的示意图。
图2是磁传感器系统的电路示意图。
图3是具有集成线圈的磁传感器的另一实施例的示意图。
图4A和4B是示例性线圈的顶视图。
图5是具有集成线圈和目标的磁传感器的实施例的示意图。
图6是具有集成线圈的磁传感器的实施例的示意图。
图7是具有集成线圈的磁传感器的实施例的示意图。
图8是磁传感器组件的示意图。
图9是磁传感器组件的分解示意图。
图10A和图10B是磁传感器和目标的示意图。
图11是用于感测目标的方法的流程图。
图12是用于感测目标的方法的流程图。
具体实施方式
在描述本发明之前，提供一些信息。如这里使用的，术语“磁场感测元件”用于描述可以感测磁场的各种电子元件。磁场感测元件可以是，但不限于，霍耳效应元件、磁阻元件或者磁敏晶体管。众所周知的是，有不同类型的霍尔效应元件，例如，平面霍尔元件、垂直霍尔元件和圆形垂直霍尔(CVH)元件。还众所周知的是，有不同类型的磁阻元件，例如，诸如锑化铟(InSb)的半导体磁阻元件、巨磁阻(GMR)元件、各向异性磁阻(AMR)元件、隧穿磁阻(TMR)元件和磁性隧道结(MTJ)元件。磁场感测元件可以是单个元件，或者，替代地可以包括两个或更多布置成各种构造(例如，半桥或全(惠特斯通)桥)的磁场感测元件。根据器件类型和其它应用要求，磁场感测元件可以是由诸如硅(Si)或锗(Ge)的Ⅳ族类型的半导体材料、或像砷化镓(GaAs)或铟化合物(例如，锑化铟(InSb))的Ⅲ-Ⅴ族类型的半导体材料制成的器件。
众所周知，上述磁场感测元件中的一些元件往往具有平行于支撑磁场感测元件的基板的最高灵敏度轴，上述磁场感测元件中的其它元件往往具有垂直于支撑磁场感测元件的基板的最高灵敏度轴。具体而言，平面霍尔元件往往具有垂直于基板的灵敏度轴，而基于金属的或金属的磁阻元件(例如，GMR、TMR、AMR)和垂直霍尔元件往往具有平行于基板的灵敏度轴。
如这里使用的，术语“磁场传感器”用于描述一般结合其它电路来使用磁场感测元件的电路。磁场传感器用于各种应用中，包括但不限于：感测磁场方向的角度的角度传感器、感测由电流运载导体所运载的电流产生的磁场的电流传感器、感测铁磁物体的接近的磁开关、感测诸如环形磁铁或铁磁目标(例如轮齿)的磁畴的铁磁物体通过的旋转检测器(其中，结合反向偏置或其它磁体来使用磁场传感器)、以及感测磁场的磁场密度的磁场传感器。如这里使用的，术语“目标”用于描述要由磁场传感器或磁场感测元件感测或检测的对象。
图1是磁场传感器10和目标12的示例性实施例的示意图。磁场传感器10可以包括封装件14、感测元件16(换能器)和线圈18。磁场传感器10还包括半导体管芯或集成电路20、引线框架22以及引线24a和24b。丝焊26和28将管芯20耦合到引线24a和24b。在其它实施例中，可以利用包括但不限于焊料凸点、焊球或柱凸点的其它标准封装方法来将管芯20耦合到引线24a和24b。在其它实施例中，可以例如在倒装芯片或引线上芯片构造中附接管芯。
在实施例中，目标12产生或者提供磁场。例如，在实施例中，目标12包括产生磁场的硬铁磁体目标。替代地，目标12可以是产生磁场的任何类型的材料，这些材料包括但不限于，电磁体或者其它类型的电路。在实施例中，目标12还可以包括能够在其中感应出涡电流的非铁磁材料。目标12还可以包括改变接近目标的磁场大小和/或方向的软铁磁材料。
封装件14可以是行业中已知的任何类型的芯片或集成电路封装，包括但不限于塑料封装、陶瓷封装、玻璃密封的陶瓷封装、低温共烧陶瓷或板上芯片密封剂。半导体管芯20可以包括驱动线圈18和感测元件16的一个或多个集成电路。
在一些实施例中，线圈18产生磁场。线圈18将是导电材料线圈，在利用流经材料的电流激励时，感应出磁场。集成电路20可以被配置成驱动变化的电流通过线圈18，导致由线圈18产生的变化的磁场。变化的电流可以是交流电流、斜坡电流、脉冲电流、瞬态电流或导致线圈18产生类似变化的(即，互补的)磁场的任何类型的变化电流。线圈18产生的变化磁场可以具有充分大小以与目标12的主体相交和/或在目标12中感应涡电流。
如图1所示，线圈18与集成电路20相邻。然而，这不是必需的。在各实施例中，可以将线圈18置于允许由线圈18产生的磁场在目标12中产生涡电流并且允许磁场被感测元件16检测的任何位置。因此，线圈18可以被置于封装件14之内、集成电路20的表面上、封装件14的外部、封装件14的表面上、封装件14之内独立于集成电路20的独立基板上，等等。
线圈18还可以独立于封装件14，并且可以例如独立于封装件14安装。线圈18可以被包封于其自己的封装件中。在实施例中，如果线圈18独立于封装件14，线圈18可以经由诸如引线24a和24b的引线电耦合至集成电路20。在其它实施例中，线圈20可以电耦合至能够驱动电流通过线圈18以产生磁场的独立电路。在期望静态、缓慢变化或接近恒定的磁场的其它实施例中，可以利用硬铁磁材料(即，永磁体)来代替线圈18。硬铁磁材料也可以被置于允许铁磁材料被感测元件16检测到的任何位置。因此，铁磁材料可以被置于封装件14之内、集成电路20的表面上、封装件14的外部、封装件14的表面上、封装件14之内独立于集成电路20的独立基板上，等等。铁磁材料还可以独立于封装件14，并且可以例如独立于封装件14安装。
感测元件16可以是磁场感测元件，或者是可以检测磁场并响应于检测到的磁场而产生电信号的任何其它类型的电路。信号的强度或大小可以与所检测磁场的强度或大小成正比。在实施例中，感测元件16是霍尔效应元件、磁阻元件或电路、巨磁阻(GMR)元件或电路等等。
在工作中，感测元件16将检测由线圈18产生的磁场并且受到目标12的存在的影响。在不存在目标12时，检测到的磁场(并且因此由感测元件16产生的所得信号)将具有已知值。在检测到这个已知值时，它可能表示不存在目标12。
目标12相对于传感器10移动时，它影响由线圈18产生并由感测元件16检测的磁场。前面讲过目标12可以产生它自己的磁场。于是，在目标12接近传感器10时，目标12产生的磁场与线圈18产生的磁场组合。于是，目标12的存在导致由线圈18产生的磁场已知值的扰动或改变。可以由感测元件16检测这些扰动。例如，由感测元件16检测到的磁通量是由目标12产生的磁场和由线圈18产生的磁场的矢量和。因此，感测元件16产生的信号表示两个磁场的组合，即组合磁场的大小。在实施例中，可以安置目标12以增强它对由线圈18产生的磁场的影响。例如，为了提高磁场的加法效应，可以安置目标12，使其磁场矢量与线圈18的磁场矢量成直线(即，与之方向相同或相反和/或对准)和/或使得目标12距线圈18尽可能近。
集成电路20可以将所检测磁场的大小与由线圈18产生的磁场的预期值进行比较。如果测量值与预期值不同，这可以表示目标12的存在或接近。在实施例中，集成电路还可以检测目标12的相对距离。例如，可以对准目标12的磁场，使得目标12越接近传感器10，目标12产生的磁场对线圈18产生的磁场影响越大。于是，目标12接近传感器10时，它将在测量磁场和预期磁场之间产生更大的差异。这种差异变化时，传感器10可以指示目标12和传感器10之间的相对距离。基于所测量的组合磁场，传感器10还可以检测目标的存在与否。
在实施例中，在操作期间，目标12可以向和/或远离传感器10而移动。通过测量感测元件处的磁场，传感器10可以检测目标12的存在和/或接近。在实施例中，目标12可以是旋转的轮或齿轮上的特征(例如，轮齿)。在轮齿通过传感器10时，传感器10可以生成信号(例如，经由管脚24a和/或24b)，指示齿轮中的轮齿还是凹谷(即，间隙)与传感器10相邻。如果轮齿存在，传感器10还可以指示轮齿和传感器10之间的相对距离。例如，由传感器10产生的信号可以基于感测到的轮齿邻近而改变大小。此外，如果没有轮齿存在，传感器10可以基于信号幅度来指示间隙的相对距离(例如，相对深度)。当然，由传感器10产生的信号可以是模拟的、数字的、或切换的。如果信号是切换的，高输出可以指示目标12(或其上的轮齿)的存在，并且低输出可以指示目标12的不存在，或者反之亦然。
转向图2，示出了用于检测目标12的速度、方向和/或接近的电路30的示例。可调节的变化电流源32控制电流驱动器34和36，它们驱动线圈18并通过信号线38产生差分电流。变化的电流源可以是AC源、斜坡电流源、开关电流源、脉冲电流源、瞬态电流源、或生成大小随时间变化的电流的任何其它电流源。通过线圈18的电流产生由感测元件16检测的变化磁场。(在图2中，感测元件16被示为巨磁阻(GMR)桥)。感测元件16在信号线40上产生差分电压信号。差分电流放大器42放大施加于线圈18的差分电流以耦合到峰值检测器44。差分电压放大器46从感测元件16接收差分电压信号以耦合到峰值检测器48。比较器50比较来自峰值检测器44和48的信号，并产生输出信号52。
可以调节由线圈驱动器34和36产生的电流以及放大器46和42的输出。于是，在不存在目标12的情况下，信号线38上的差分电流将是已知值，并且由感测元件16在信号线40上产生的差分电压将是已知值。目标12相对于感测元件16移动时，受到目标12影响的磁场可以影响信号线40上的差分电压。可以将这一变化与信号线38上的已知值进行比较。于是，目标12的存在和/或接近能够改变放大器46、峰值检测器48和/或比较器50的输出。
图3示出了图1中传感器10的替代实施例。在图3中，放置线圈18，使得由线圈18产生的磁场矢量平行于集成电路20的顶表面。在这种布置中，感测元件16可以包括多个部件(例如，多个霍尔效应元件和/或多个GMR元件)，它们可以被安置于线圈18的任一侧上。这种布置可以优化或改善在目标12位于传感器10的任一“侧”时，传感器10检测目标12的能力。因为由线圈18产生的磁场矢量具有如箭头300或箭头302(取决于通过线圈18的电流方向)所示的方向，所以在目标12位于传感器10的任一侧时，由目标12产生的磁场可以对由感测元件16检测的磁场具有更大影响。
图4A是芯片上线圈400和感测元件402的顶视图。在实施例中，线圈400可以与线圈18相同或相似，感测元件402可以与感测元件16相同或相似。线圈400可以包括环形线圈，如图3所示。替代地，线圈400可以包括制造出的基本二维的元件。例如，线圈400可以是在集成电路20的表面上掩膜和制造的导电层，以在集成电路20的两个不同级或层上生成交替的直和对角金属线图案。根据使用的制造工艺和设计，图案可以由集成电路20上的单个导电层或多个导电层形成。如图4A所示，导电层会由例如多层金属形成。单导电层的示例可以是蜿蜒型图案，其中，导体Z形曲折，但不与自己交叉。
当集成电路20驱动电流通过印刷线圈时，它可以如上所述产生磁场。类似于图3中所示的线圈，线圈400可以产生与管芯或基板表面相切(平行)的磁场矢量。感测元件402可以包括GMR元件406、408、410和410。这些GMR元件可以被安置于线圈400的任一侧上，与线圈400产生的磁场矢量成直线，以提高对磁场的灵敏度。
图4B示出了针对具有芯片上线圈152和支撑感测元件156的管芯154的示例性磁场传感器的替代顶视图布局。感测元件156与线圈152邻近安置。为简单起见，将磁场传感器的其它电路省略。
在图4B图示的实施例中，感测元件156的位置与线圈152的一“侧”对准。即，感测元件156与线圈152中电流相对于管芯的一侧在相同方向流动的一部分对准。线圈相对于感测元件位置的其它布置也是可能的。例如，感测元件可以相对于线圈大致处于中心。在这样的实施例中，可以优选包括平面霍尔元件的感测元件。而且，再次参考图4B中所示的示例性实施例，线圈152被示为设置于感测元件156上方。然而，将要理解，可以转而将线圈152设置于感测元件156下方。在其它实施例中，线圈152可以具有感测元件156上方和下方的层或导体。对于后一种布置，可以利用标准IC工艺来制造线圈并随后在独立工艺中将线圈与感测元件156集成。图示的实施例对于在管芯平面中敏感的传感器(例如，垂直霍尔元件或GMR、AMR、自旋阀或TMR元件)将是有利的。
可以根据传感器和基板材料选择的需要，在线圈和传感器材料和/或管芯基板之间放置绝缘层，以免使材料和线圈短路。
线圈的特定尺寸和几何形状可以变化，以满足特定应用的需求。可以形成线圈，使得匝具有任何特定形状，例如，正方形或矩形(如图4A和4B的俯视图中所图示)，或其它形状，例如圆形、椭圆形等，或多层。
在示例性“芯片上”线圈的实施例中，利用本领域的普通技术人员公知的常规沉积和或蚀刻工艺、或构图和电镀工艺来形成线圈。通常，从线圈到感测元件的间隔可以变化，部分地因为电压隔离要求以及所需的磁耦合，其中，磁耦合是每mA或线圈中流动的其它电流单位的线圈产生的磁场。通常，更高的磁耦合水平针对给定的磁场水平使用更少功率。还要理解，可以在线圈和传感器和/或其它管芯材料之间放置绝缘层，以防止线圈短接到器件中的其它电气层。
在图4B中，线圈被示为具有平面螺旋几何形状。过孔和连接在图中被省略(为了清晰起见)，但对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。应该理解，可以使用多个金属层以及其它几何形状的金属。可以使用其它线圈几何结构，包括但不限于，蜿蜒线圈和螺线管。例如，可以使用具有基本均匀直径的线圈匝的圆柱形线圈(即，螺线管型线圈)。线圈布置可以包括可以由软磁材料制成的磁通量集中器，以改善线圈产生的磁通量。例如，可以在螺线管型线圈内部提供软铁磁心，以集中由线圈产生的磁场。
在圆柱形线圈中，磁力线的方向将平行于线圈的长度(即，线圈的纵向路径)。在平面螺旋形线圈设计中，线圈中心处的场线方向将基本垂直于线圈平面，但将基本平行于线圈匝下方的管芯表面。在选择感测元件的适当位置和类型时，可以考虑由不同位置处的线圈产生的场方向。
将认识到，如图4A和4B中所示的“芯片上”线圈的尺寸很可能远小于传感器、传感器组件或应用中位于别处的线圈。因为相对较小“芯片上”线圈产生的磁场可能不会特别强，所以诸如GMR的高灵敏度元件可能比诸如霍尔的较不敏感的感测类型的元件更适合芯片上线圈设计。
对于在传感器管芯上提供导电线圈的更多细节或替代技术，可以参考于2012年5月10日提交的标题为“MethodsandApparatusforMagneticSensorHavingIntegratedCoil”的美国专利申请No.13/468478、以及美国专利公开No.2010/00211347、美国专利No.8030918和美国专利No.8063634，其每者都被转让给本主题申请的受让人并通过引用以其整体并入本文。
参考图5，磁场传感器160的另一个实施例，包括半导体管芯162，半导体管芯162具有第一有源表面162a和第二相反表面162b，在第一有源表面162a中形成了磁场感测元件或感测元件164，第二相反表面162b附接于引线框架168的第一表面168a上的管芯附接区域166；包括包封管芯和引线框架的至少一部分的不导电模具材料170的第一模具部分；以及固定到不导电模具材料的第二模具部分172。第二模具部分172可以是不导电材料或铁磁材料，被示为但不必需为从邻近引线框架168的第一端172a到远离引线框架的第二端172b是锥形的。
本实施例和其它实施例中的感测元件164可与感测元件16相同或相似。
本领域的普通技术人员将认识到，尽管在这里将半导体管芯162的有源表面162a描述为像特定类型的磁场元件(例如，霍尔片)的情况那样是“其中”设置或形成了磁场感测元件的表面，但元件可以设置于有源半导体表面“上方”或“上”(例如，磁阻元件)。然而，为了解释简单起见，尽管本文描述的实施例可以利用任何适当类型的磁场感测元件，但本文中一般将把这样的元件描述为形成或设置于有源半导体表面“中”。
在使用中，可以接近铁磁目标，例如图示的齿轮12’安置像本文中描述的其它传感器实施例那样的磁场传感器160，使得磁场感测元件164与物体12’相邻，并由此被暴露于被物体移动而改变的磁场。磁场感测元件164产生与磁场成正比的磁场信号。
磁场传感器160通常包括在管芯162的有源表面162a中形成的额外电路，用于处理由感测元件164提供的磁场信号。引线框架168包括引线174a-174c，用于将电路耦合到系统部件(未示出)，例如，电源或微控制器。如图所示，可以分别为引线174a-174c和半导体管芯162之间的电连接提供丝焊176a-176c。尽管传感器160被示为包括三条引线174a-174c，但本领域的普通技术人员将认识到，各种数量的引线都是可能的。用于将引线框架引线电耦合到传感器部件的其它技术包括焊料凸点或焊球、或柱凸点。传感器160可以被提供为二到六管脚的单直列式(SIP)封装的形式或酌情提供为某种其它数量的管脚。
第一模具部分170由不导电材料构成，以便对管芯162和引线框架168的被包封部分进行电隔离和机械保护。用于不导电模具材料170的适当材料包括热固性和热塑性模具化合物和其它市售的IC模具化合物。
在模制工艺期间将第一模具部分170的不导电模具材料施加于引线框架/管芯子组件，以包封管芯162和引线框架168的一部分。不导电第一模具部分170具有第一表面170a和相对的第二表面170b。选择不导电第一模具部分的形状和尺度以适合特定的IC封装。
第二模具部分172可以是用于形成第一模具部分170的相同不导电模具化合物。在一些实施例中，第二模具部分172是与用于第一模具部分170的材料不同的不导电模型化合物或其它可模制材料。
在一些实施例中，第二模具部分172由软铁磁材料构成以形成集中器。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，各种材料都适于以软铁磁材料的形式提供铁磁模具材料172。在一些实施例中，可以期望软铁磁模具材料具有相对低的矫顽磁性和高渗透率。适当的软铁磁材料包括但不限于，坡莫合金、NiCo合金、NiFe合金、钢、镍和软磁铁氧体。
可以在模制工艺的一个或多个步骤中，或利用诸如热固性粘合剂(例如，两部分环氧树脂)的粘合剂，将第二模具部分172固定到第一模具部分170。
在一些实施例中，第一模具部分170接触第二模具部分172的一部分和/或其模具材料接触不导电模具材料的部分具有固定机构，以便改善两种材料之间的粘附并防止或减小材料之间的横向滑移或切变。作为一个示例，引线框架168具有扩展部168c(或“倒刺”)，其延伸超过不导电模具材料并被第二模具部分172的模具材料包封，如图所示。这样的引线框架扩展额外增强了第二模具部分/材料到引线框架自身的粘附。在这样的实施例中，利用引线框架的部分作为固定机构，使得第二模具部分172的模具材料接触这样的引线框架部分，将认识到，第二模具部分172应当是不导电的，或具有充分低的导电率，以防止导致器件不能按预期工作的引线电短接。可以使用固定机构的替代形式。
仍然参考图5，传感器160还包括本图中由附图标记178表示的线圈。在实施例中，线圈178是封装级的线圈，即，并入封装模具部分172中的线圈。线圈178可以执行与线圈18相同或相似的功能。相对于感测元件164来安置线圈178以提供反向偏置磁场，其可用于在目标通过传感器时检测目标的轮廓。为此，将线圈178安置成与不导电模具材料170的第二表面170b相邻，使得感测元件164比线圈178更接近目标12’，如图所示。将认识到，在一些应用中可能期望将传感器160旋转180°，使得线圈178比感测元件更接近目标，或者将传感器旋转90°，使得感测元件的主面与目标正交，由此实现不同类型的磁敏感传感器，在感测元件为磁阻元件时这可能是期望的，例如，磁阻元件具有与平面霍尔元件不同的感测元件灵敏度轴。在实施例中还可以期望旋转线圈178，使得对于特定传感器构造和感测元件组合，线圈178的中心轴平行于管芯162的表面。
可以使用各种技术和材料来形成线圈178。例如，线圈178可以由各种尺寸的铜线并利用各种自动化工艺来形成，以便提供线圈绕组之间的绝缘体。可以容易地改变线圈的材料选择、线规选择、匝数及其它设计选择，以适应特定应用从而产生预期强度的磁场。可以形成线圈178，使得每匝都大致为或大约为圆形、矩形或其它一般形状，例如椭圆形，如适合特定应用和封装布置所期望的。
可以通过各种方式将线圈178固定到不导电模具材料170的第二表面170b。作为一个示例，可以使用诸如环氧树脂的粘合剂将线圈固定就位。一旦将线圈固定在适当的位置，就可以通过适当的模制工艺，例如通过注入模制，来形成模具材料172。
用于界定第二模具部分172的模腔可以包括心轴，使得第二模具部分形成具有中心孔径180的环形结构，这里从不导电模具材料的第二表面170b延伸到第二模具部分的第二端172b。模具材料172可以形成常规的O形环结构或D形结构。替代地，模具材料172可以仅形成部分环状结构，可以将其描述为“C”或“U”形结构。更一般地，模具材料172包括不连续的中间区域，使得中间区域不与其外部区域一体形成。这样的中间区域可以是开放区域，例如，对于图8中的孔径180而言，或者可以包含模具材料，例如，铁磁模具材料。可以由包括但不限于“制陶”或另一模制步骤的额外的模制步骤或其它适当的制造技术形成第三模具材料，以便将第三模具材料固定到第二模具部分172。第三模具材料可以由硬铁磁材料、软铁磁材料或非铁磁模具化合物构成。
第二模具部分172从其第一端172a(或接近其第一端的位置)向其第二端172b是锥形的，从图5的侧视图可以明显看出这一点。具体而言，第二模具部分具有指向其外周表面182a的第一锥形以及指向其内中心孔径表面182b的第二锥形。锥形的目的是方便从模腔去除传感器160。表面182a、182b的锥形角可以与彼此相同或相似，并且通常，表面182a、182b的锥形角小于大约15到20度。在一些实施例中，锥角是2-7度的量级。在一些实施例中，锥形182b可以具有超过单个斜率。
也可以在芯片构造上的引线中布置传感器，将引线框架安置于管芯上方。可以使用粘合剂将引线框架固定到管芯的有源表面。
参考图6，替代磁场传感器190包括半导体管芯192，半导体管芯192具有第一有源表面192a和第二相反表面192b，在第一有源表面192a中形成了磁场感测元件194，第二相反表面192b附接于引线框架198的第一表面198a上的管芯附着区域196；包封管芯和引线框架的至少一部分的第一模具部分或不导电模具材料200；以及固定到不导电模具材料的第二模具部分202。可以提供固定机构或其它适当的机构以增强第一和第二模具材料之间的粘附。在实施例中，传感器190可以与传感器10相同或相似。
不导电模具材料200具有如图所示从引线框架198的第二表面198b延伸离开的突出部204。突出部204防止传感器190的底表面(与模具材料的第二端202b相邻)中存在空隙，因为空隙的存在可能使得过模制更困难。本领域的普通技术人员将认识到，突出部可以在通往第二模具材料202的第二端202b的整个路径或仅路径的一部分上延伸。在图6图示的实施例中，突出部204终止于第二模具材料202的第二端202b之前。于是，突出部204的远端204a被第二模具材料202覆盖，如图所示。还将认识到，被示为延伸超过(例如，低于)线圈206的突出部204可以延伸到不低于线圈206的位置。如果突出部204延伸到不低于线圈206的位置，第二模具材料202一般会围绕突出204和线圈206。
传感器190包括线圈206，线圈206可以与图1的线圈18相同或相似。这里，线圈206关于不导电模具材料200的突出部204同心安置，但将认识到，同心安置不是必需的。将认识到，可以消除或改变指向突出204的锥形，以便适合特定应用。在一些应用中，可以将突出用作组装或制造期间用于线圈206的对准特征。这里再次可以由粘合剂将线圈206固定到模具材料200。然而，替代地，或者可以设定线圈206的尺寸和形状以关于突出204提供过盈配合，从而不需要粘合剂，并且可以在将包括模具材料200、引线框架198和管芯192的子组件置入模腔中以形成模具材料202时，通过过盈配合使线圈206相对于模具材料200充分保持就位。
尽管传感器190被示为具有仅部分地通过模具材料202延伸以在第二模具材料202的第二端202b之前终止的突出部204，但将认识到，可以为包括可(尽管不要求)关于不导电模具材料的突出部而同心设置的线圈的类似传感器提供延伸到第二模具材料202的第二端202b的类型的突出部或者突出部204可以延伸超过第二模具材料202的第二端202b。
第二模具材料202从邻近引线框架198的第一端202a向远离引线框架的第二端202b是锥形的。第二模具材料202沿着其外圆周表面208a及其内表面208b，从其第一端202a到其第二端202b是锥形的。再次在这里，表面208a的锥角可以为15-20度的量级。内表面208b的锥角可以与外表面208a的锥角相同或相似。
第二模具材料202具有不连续的中心区域，这里形式为由内表面208b界定的中心孔径。模具材料202的这种不连续中心区域可以采用各种形状，以便形成例如O形、D形、C形或U形结构。
可以将第二模具材料提供为不导电材料或诸如软铁磁材料或硬铁磁材料的铁磁材料的形式。例如，在材料为软铁磁材料的实施例中，可以根据软铁磁材料的需要，聚集或以其它方式集中由线圈产生的磁场。替代地，在材料为硬铁磁材料的实施例中，可以使用由线圈产生的磁场来调制由硬铁磁材料提供的磁场，以便由此减小本来仅利用线圈(即，如果没有硬铁磁模具材料)提供相同磁场强度所需的峰值电流。由于线圈提供了反向偏置功能，所以可以完全消除第二模具部分/材料(如图10所示)，在这种情况下，可以将线圈附接于其表面的不导电模具材料封装件以提供所得的传感器IC。可以在美国专利No.6265865或美国专利No.5581179中描述的类型的封装中提供这样的布置，这两个专利中的每个都被转让给本主题申请的受让人并通过引用以其整体并入本文中。
在包括第二模具部分/材料的应用中，这样的模具材料可以从邻近引线框架的第一端到远离引线框架的第二端(或对于其一些部分)是锥形的，传感器可以可选地包括包模具(overmold)形式的第三模具材料，以便保护并电绝缘该器件。
传感器190可以可选地包括形式为包模具的第三模具材料210，以便保护和电绝缘该器件。可以在第三模制步骤/工艺期间或者替代地通过任何适当的制造方法施加第三模具材料210。包模具210被认为是可选的，因为其目的是提供电绝缘。在铁磁模具材料202提供充分绝缘(例如，在特定应用中提供超过大约1兆欧姆电阻)的实施例中，可以消除包模具210。将认识到，可以为图1、3、4、5和其它实施例的传感器提供包模具210。用于提供包模具210的适当材料包括但不限于：标准的管芯包封模具化合物，例如，PPS、尼龙、SumitomoBakeliteCo.Ltd.的EME或HenkelAGCo.KGaA的模具化合物。
参考图7，替代磁场传感器220包括半导体管芯222和不导电模具材料230，半导体管芯222具有其中设置了磁场感测元件224的第一有源表面222a和附接于引线框架228的第一表面228a上的管芯附接区域226的第二相反表面222b，不导电模具材料230包封管芯和引线框架的至少一部分。在实施例中，传感器220可以与传感器10相同或相似。
传感器220包括固定到不导电模具材料230，并且更具体而言由不导电模具材料230包封的线圈232。线圈232的导线可以缠绕心轴或线轴234，如图所示。在一个说明性实施例中，心轴234可以由软铁磁材料或塑料以及最终器件的剩余部分构成。在其它实施例中，在线圈缠绕期间使用心轴234，但随后不使其成为最终封装的一部分。可以利用粘合剂或其它固定机构将心轴234和线圈232固定到引线框架228上与管芯222相反的表面228b，从而在将子组件置于模腔中并形成不导电模具材料230时将线圈232固定到引线框架228。
对于为封装提供一个或多个模具材料的更多细节或替代技术，可以参考2013年1月24日提交的题目为“MagneticFieldSensorIntegratedCircuitwithIntegralFerromagneticMaterial”的美国专利申请No.13/748999，其被转让给本主题申请的受让人并通过引用以其整体并入本文。固定机构的其它示例包括使用被设计成在模具材料之间提供过盈和/或联锁机构的粘合材料和/或各种其它特征。
可以通过额外的管脚向线圈提供信号，允许从外部连接到线圈。信号可以是AC信号、斜坡信号、脉冲信号或任何其它类型的变化(例如，非DC)信号，当它们被施加到线圈时，可以产生变化的磁场。替代地，可以通过通往管芯的连接来提供信号。例如，可以经由丝焊将耦合到线圈端子的导线焊接到管芯或连接到管芯。在替代实施例中，可以使用引线框架的一部分来连接到线圈导线和管芯(例如，经由丝焊)。在模制和修整之后，引线框架的这些连接区域可以不连接到引线框架的其余部分。可以使用任何其它适合的连接手段。
图8-9图示了用于具有线圈的磁场传感器的又一类型的封装。参考图8和9，磁场传感器组件240包括封装的磁场传感器IC242、线圈单元244和具有壳体(case)(或外壳壳体)246和端盖248的外壳。壳体246具有第一端250a和第二端250b，第一端具有开口(未示出)，第二端包括窗口252。在通过壳体246的开口250a串行地放置这些元件中的每个时(按照传感器IC242、然后线圈单元244、随后是端盖248的次序，如图9的分解图所示)，“完全组装的”磁场传感器组件240采取图8中所示构造中所示的形式。尽管外壳被示为具有大致圆柱形状的两件式外壳，但也可以使用其它类型的外壳。
封装的磁场传感器IC242被示为包括对应于保护性封装体之内的磁场传感器芯片的第一封装部分254和形式为导电引线256的第二封装部分。可以有三条导电引线256，一条引线对应于电源和地连接并且一条引线用于输出信号(如图3和6的实施例中所示，用于“三导线”器件)，或者可以有某种其它数量的引线。线圈单元244可以包括线圈主体部分257和导电引线258a和258b，线圈主体部分257包含线圈(例如，可以是螺旋形线圈、螺线管型线圈、具有软铁磁心的螺线管型线圈或其它类型的线圈构造)。用于整个线圈主体部分257(不包括内部线圈)的材料可以包括塑料(或其它模制化合物)或非铁磁材料。
替代地，对于集成了磁通量集中器或导向器的线圈单元设计，线圈主体部分257的顶部(即，线圈和传感器242IC的感测元件之间的部分)可以由塑料(或其它模制化合物)或非铁磁材料制成，并且线圈主体部分257的侧面和底部可以由软铁磁材料制成，以帮助减少磁阻路径，即，更有效率地引导磁通量。
引线之一，例如引线258a，是用于连接到信号源的信号输入(例如，图1所示的线圈输入线26)。如上所述，信号源可以是变化的信号(即，非DC信号)，其能够在被施加到线圈时产生变化的磁场。另一条引线，例如引线258b，是用于连接到参考电势(例如，地)的接地端子。可以在与传感器IC242的没有公共节点的电隔离的条件下驱动线圈单元244的线圈。然而，如果要将传感器IC的地和线圈单元的地连接在一起，那么可以设计组件240以少一个用于外部连接的管脚/引线。在组件240中，封装传感器IC的引线256和线圈单元244的引线258从壳体246的第一端250a中的开口向外延伸。将第一封装部分254通过窗口252安置于壳体246的部分中，使得第一主体面260从壳体246的第二端250b向外延伸。在应用中安装传感器组件240时，第一主体面260将被安置成邻近目标的轮廓。
可以根据向上述美国专利No.5581179中描述的那些技术或其它适当技术来构造图8-9的说明性外壳。壳体246可以由聚合绝缘材料形成，如上述专利中所述，或者替代地由软铁磁材料形成。在其它实施例中，可以在组件中包括独立的磁通量集中器。
图10A和图10B图示了用于检测非铁磁目标1001的磁传感器系统1000的示例。如图10A所示，传感器系统1000包括具有一个或多个磁场感测元件1002和1004的磁场传感器1003。传感器1003可以包括能够产生磁场1006的传感器集成电路或管芯1015以及一个或多个磁源(例如，线圈或磁体，例如反向偏置磁体)1005。尽管被示为具有两个磁场感测元件1002和1004，但传感器1003可以包含被两个更少或更多的感测元件。尽管被示为具有单个磁源，但传感器1003可以包括多个磁源。本领域的技术人员将认识到，如果传感器1003具有超过一个磁源，可以将那些源产生的磁场视为由多个离散源产生的单一组合磁场1006。还应注意的是，图10A和B中所示的磁源到感测元件或多个感测元件的取向本质上是示意性的，并且在各种实施例中可以改变。例如，可以将传感器1003(和/或管芯1015)安置于磁源1005和目标1001之间。在其它实施例中，磁源或多个磁源和感测元件相对于目标具有不同位置。
感测元件1002和1004可以与上文结合前面的图1-9所述的任何或所有传感器相同或相似。在其它实施例中，感测元件1002和1004可以是由一些公共电路或利用一个传感器的输出作为另一个传感器的电输入(如果具有感测元件的两个传感器处于独立封装中)而连接的独立磁场传感器。如上所述，感测元件1002和1004可以包括磁源1005(例如，线圈和/或磁体)以产生磁场1006。替代地，磁源1005可以独立于管芯1015安装。在这样的实施例中，可以相对于目标1001来安置源1005，使得磁场1006与目标1001的主体相交。尽管图10A和10B中将磁源1005示为管芯1015的一部分，但这并非必需的。在各实施例中，磁源1005可以与管芯1015独立、是管芯1015的一部分、安装或放置成与管芯1015相邻或在其上，等等。例如，在各实施例中，磁源1005可以布置成允许磁源1005产生磁场1006的任何构造或布置，磁场1006可以由感测元件1002和/或1004检测。上文结合图1-9描述了这种构造和布置的示例。
如上所述，磁场1006可以是由永磁体(例如，硬铁磁材料)或具有用以产生磁场的直流或其它慢变电流的电磁体产生的静态磁场。
尽管被示为具有两个感测元件1002和1004，但系统1000可以仅包括单个感测元件，或者可以包括超过两个感测元件。如下所述，可以使用一个或多个感测元件来检测目标1001的接近、存在、速度、方向和其它性质。
在实施例中，目标1001是非铁磁目标。目标1001可以包括导电材料，例如，铜、铝、钛等，并且目标1001可以具有允许在目标1001表面之内、上或附近形成涡电流的尺寸和厚度。
在操作中，磁源1005产生磁场1006，并且感测元件1002和1004对磁场1006做出反应或感测磁场1006。在实施例中，感测元件1002和1004分别产生信号1002a和1004a。放大器1030和1032接收这些信号，对它们进行放大并将它们供应到处理器1034。处理器1034然后处理信号以确定目标1001的存在、速度、方向、位置或其它性质。在其它实施例中，可以使用电路的其它变化来感测目标。
通过法拉第感应定律的作用，由于目标1001的主体是导电的(和/或顺磁性的)，磁场1006在目标1001的表面上或附近感应出涡电流(例如，涡电流1010和/或涡电流1012)。在磁场1006是变化磁场的情况下，磁场的变化将在目标1001中感应出涡电流。在磁场1006为静态磁场的情况下，导电目标通过磁场的运动导致目标1001或1001’之内形成涡电流1010和1012。目标的不规则特征或形状可以影响所感应的涡电流的存在或大小。
为了容易说明，示出了多个涡电流1010和1012。本领域的技术人员将认识到，磁场1006可以在目标1001中感应出单个涡电流或多个涡电流，它们可以相加或组合在一起以在目标1001之内形成组合涡电流。在某些实施例中，磁源1005可以被配置成产生成形的磁场1006。换言之，磁源1005可以产生多个磁场，多个磁场通过各种模式相加在一起，使得所得的组合磁场具有较强的局部区域和较弱的局部区域。在这样的实施例中，磁源1005可以包括多个线圈、磁体或其它磁源。通过对磁场1006成形，磁源1005能够控制目标1001中感应的涡电流1010和1012的位置、方向和强度。
目标1001之内形成的涡电流1010和1012生成其自己的次生磁场，对抗目标1001中的磁场1006的变化。这些磁场变化可以是例如由于磁源1005随时间改变磁场1006的强度或形状。在其它实施例中，如果磁场1006是静态(例如，不变或慢变)磁场，目标1001通过磁场1006运动(例如，旋转)可以导致目标1001产生涡电流，涡电流导致磁场1006变化。涡电流1010和1012导致的磁场将倾向于对抗磁场1006的变化，并可以增加或减小通过磁感测元件1002和1004流动的磁通量的量。于是，涡电流1010和1012将倾向于增大或减小由磁场感测元件1002和1004产生的信号幅度。相反，如果目标1001不存在，将不会感应出涡电流或相反的磁场，于是磁场感测元件产生的信号幅度不会增大或减小。因此，系统1000可以通过检测由于目标中存在涡电流而由感测元件1002和1004产生的信号幅度变化，来检测目标1001的存在。
在磁场1006为静态磁场的情况下，目标通过磁场的运动导致涡电流1010和1012变化。如图10A所示，在目标1001表面上的点1020距磁源1005相对较远时，其可以具有可忽略的磁场。在点1020接近传感器1003上的点1022时，它将暴露于幅度越来越大的磁场1006，并且由此产生涡电流1010以对抗该变化。类似地，在点1020通过传感器1003上的点1024时，它将看到来自磁源1005的磁场减小，从而生成涡电流1012以对抗这种变化。
给定箭头1026所示的目标旋转的方向，涡电流1010将减小由磁场感测元件1004感测的场，并且涡电流1012将增大由磁场感测元件1002感测的场。如果旋转方向相反，涡电流1012和1010将具有反的大小，即，涡电流1010将增大由磁场感测元件1004感测的场，涡电流1012将减小由磁场感测元件1002感测的场。于是，磁场感测元件1002和1004产生的信号幅度可以取决于目标旋转的方向。因此，系统1000能够通过检测空间上位于系统1000中的感测元件1002和1004所产生的信号幅度变化，来检测目标1001的旋转方向。
可以在空间上布置磁场感测元件1002和1004，使得它们之间具有物理距离。通过这种方式将感测元件分开能够允许每个感测元件1002和1004检测由目标1001的不同局部区域中的涡电流产生的磁场。例如，如图所示，感测元件1002更接近涡电流1012，并且感测元件1004更接近涡电流1010。于是，由感测元件1002感测的磁场将受到涡电流1012更大影响，由感测元件1004感测的磁场将受到涡电流1010的更大影响。
目标1001还可以具有诸如特征1014的不规则特征。特征1014可以是凹谷、间隙、凹处、不导电区域、较不导电区域或改变由磁场1006和1008感应的涡电流1010和1012的变化的任何类型的区域。在另一实施例中，特征1014可以是目标的齿、凸块或突出部。在另一实施例中，间隙和突出的组合是可能的，例如但不限于，距旋转中心大约三个不同的径向距离，即，凹谷、标称半径和轮齿。于是，在特征1014与磁场1006或1008相邻时，目标1001中感应的涡电流可以与特征与磁场1006或1008不相邻时感应的涡电流不同。例如，如果特征1014是间隙或不导电区域，在区域1014中可能不会感应出涡电流且没有相反的磁场。替代地，可以在特征1014中感应涡电流，但该涡电流可以具有与目标1001主体中感应的涡电流1012或1010不同的强度或大小。
传感器1003和感测元件1002或1004可以检测由于存在特征1014而造成的磁场变化，并产生指示已检测到特征1014的信号。如果目标以特定速度旋转，在特征1014通过感测元件1002和1004时，峰或谷可以出现在信号1002a和1004a上。处理器1034可以检测并处理这些峰和谷以确定速度、存在、位置、旋转方向等。
在另一实施例中，目标1001的主体可以是不导电的，而特征1014可以是导电的。在这种情况下，可以在特征1014之内但不在目标1001主体之内感应出涡电流。于是，在特征1014与传感器1002或1004相邻时，可以仅存在相反的磁场。
图10B图示了具有不规则形状的目标1001’的系统1000的另一实施例。由于不规则的形状(图10B中示为椭圆形)，在目标1001’旋转通过传感器1002和1004时，目标1001’主体的一些部分可以更接近传感器1002和1004，而其它部分可以更远。例如，如图所示，目标1001’的区域1016距传感器1004比区域1018距传感器1002更近。
因为区域1016比区域1018更接近磁场1006，涡电流1010可以比涡电流1012更强，因为涡电流是由磁场1006感应的。因此，涡电流1010产生的磁场可以比涡电流1012产生的磁场更强。此外，因为涡电流1010产生的磁场距传感器1004比涡电流1012产生的磁场距传感器1002更近，涡电流1010可以对流经传感器1004之内的磁感测元件的磁通量有更大影响。于是，区域1016中感应的磁场可以在传感器中提供与区域1018中感应的磁场不同的响应。换言之，传感器1002和1004可以基于涡电流影响由传感器检测的磁场的程度，来检测与传感器相邻的目标1001’的区域是距传感器相对较近还是相对较远。于是，系统1000可以基于在目标1001’移动时不规则形状的目标1001’的哪些区域与传感器相邻，来确定目标1001’的位置、速度和/或方向。
尽管被示为椭圆目标，但目标1001’可以具有任何不规则形状，只要目标1001’的一些区域距传感器更近而其它区域可以更远即可。例如，目标1001’可以是齿轮、齿条齿轮设备中的齿条、具有角的正方形或矩形、或具有能够相对于传感器1002和1004运动的突出部或其它特征的任何其它形状。
在磁场1006和1008是静态(即，DC)场的情况下，目标1001和1001’的不规则特征或形状和/或目标的运动可以在目标之内感应出涡电流。如前所述，涡电流是由通过导体的变化磁场导致的。因此，如果目标是静止不动的，且磁场是静态的，那么将不会形成涡电流，因为与目标相交的磁场将不会变化。然而，在目标通过静态磁场移动或旋转时，将在目标主体之内生成涡电流。如果目标1001或1001’不包含不规则特征或形状，将在其旋转时在目标1001的主体中感应出具有恒定强度的涡电流。只要目标在运动中，这些涡电流就可以用于检测目标1001的存在。在目标1001的速度变化时，涡电流的大小以及由涡电流产生的磁场强度也将变化。于是，传感器还可以通过测量涡电流产生的磁场强度来检测目标的速度。
在目标1001和目标1001’的特征和不规则形状通过磁场移动时，涡电流(从而还有涡电流产生的磁场)将变化。例如，在目标1001旋转且特征1014通过磁场移动时，通过磁场的特征1014的不规则形状或电导率导致目标1001之内的涡电流变化。类似地，在目标1001’的不规则形状通过磁场旋转时，目标1001’的区域移动得相对更接近或相对更远离传感器。这还导致目标1001’中感应的涡电流变化。这些变化可以被传感器1002和1004检测为目标的存在、目标的运动、目标的速度等。
在某些构造中，系统1000可以能够检测目标1001的运动方向。在一个实施例中，系统由取向成检测目标上不同位置的两个传感器1002、1004构成。例如，如果目标1001沿顺时针方向旋转，特征1014将首先通过传感器1002，然后通过传感器1004。因此，由传感器1002产生的指示特征1014的存在的信号将先于由传感器1004产生的信号。相反，如果目标1001沿逆时针方向旋转，由传感器1004产生的表示特征1014的存在的信号将先于传感器1002产生的信号。通过监测传感器1002和传感器1004产生的相位关系信号，系统1000可以确定目标1001的速度和方向。
尽管被示为旋转的目标，但目标1001也可以是线性目标，例如齿条齿轮设备中的齿条、或能相对于传感器1002和1004移动的任何其它类型的目标。
图11是用于感测磁场的过程1100的流程图。在方框1102中，电路(例如，图1中的集成电路20)可以驱动变化的电流通过线圈(例如，线圈18)。在实施例中，变化的电流可以是周期电流，例如，AC电流、锯齿图案电流、脉冲电流、DC或近DC电流等。如上所述，通过线圈的电流产生变化的磁场。在方框1104中，相对于目标来安置传感器(例如，传感器10)。或者，可以相对于传感器来安置目标。目标可以是导电目标、铁磁目标、磁体、电磁体或另一类型的产生磁场的目标。在方框1106中，产生表示来自线圈的组合磁场和来自目标的磁场的强度的信号。例如，可以由感测元件16来产生信号。在方框1108中，将该信号与磁场强度期望值比较。在方框1110中，产生代表因目标12的存在而产生的预期磁场的变化的信号。信号可以代表目标接近传感器。可以使用信号计算目标的接近、位置、速度和方向，还有目标的其它性质。
图12是用于感测磁场的另一过程1200的流程图。在方框1202中，将非铁磁目标置于磁场源附近。例如，图10A中的目标1001可以被置于传感器1002和/或1004附近。在方框1204中，由磁体或者电磁体产生磁场。场与目标相交并可以被感测元件1002和/或1004感测。在方框1206中，在目标中感应出涡电流，并检测涡电流导致的磁场变化。
应该理解，产生变化磁场的磁传感器和系统的示例性实施例适用于各种应用。例如，在一个实施例中,针对安全带检测来优化具有集成线圈的磁传感器。在另一实施例中，针对具有大约0.5到大约3mm气隙的座位位置检测来优化磁传感器。在其它实施例中，可以针对大到1cm的气隙来优化传感器。在另一实施例中，优化磁传感器以检测汽车传动系、车轮或轮轴的运动。
已经描述了用于说明本专利的主题的各种概念、结构和技术的优选实施例，对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，可以使用结合了这些概念、结构和技术的其它实施例。将认识到，可以将结合各实施例示出和描述的各种特征选择性地组合。因此，要指出的是，专利范围不应限于所描述的实施例，而是应当仅受以下权利要求的精神和范围的限制。通过引用将这里引用的所有参考文献以其整体并入本文。
Claims (20)
1.一种磁场传感器，包括：
半导体基板；
线圈，所述线圈被配置为响应于所述线圈中的变化的电流而提供变化的磁场；以及
磁场感测元件，所述磁场感测元件由所述基板支撑以感测受铁磁目标的存在的影响的所述磁场。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，由设置在所述基板的表面上的至少一个金属层来形成所述线圈。
3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件是巨磁阻(GMR)换能器。
4.根据权利要求3所述的磁场传感器，其中，所述GMR换能器包括采用桥式构造的多个GMR元件。
5.根据权利要求4所述的磁场传感器，其中，H桥的第一对GMR元件被安置于所述线圈的一端，并且所述桥的第二对GMR元件被安置于所述线圈的相对端。
6.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件的至少一部分被安置于所述线圈的环内。
7.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述磁场感测元件是霍尔元件。
8.根据权利要求1所述的磁场传感器，还包括耦合到所述线圈的电流源。
9.根据权利要求1所述的磁场传感器，还包括耦合到所述线圈的脉冲或瞬态电流源。
10.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述线圈被安置于所述基板上方或下方。
11.根据权利要求1所述的磁场传感器，其中，所述线圈是被包括在与所述基板的封装件相同的封装件中的独立形成的元件。
12.一种检测磁场的方法，包括：
提供半导体基板；
驱动变化的电流通过线圈，使得所述线圈产生变化的磁场；以及
利用由所述基板支撑的磁场感测元件来感测由于铁磁目标的接近而导致的所述变化的磁场中的改变。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括由设置在所述基板的表面上的一个或多个金属层来形成感应线圈。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括以采用桥式构造的多个GMR元件的形式来提供所述磁场感测元件。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述感应线圈的一端安置桥的第一对GMR元件，并且在所述感应线圈的相对端安置所述桥的第二对GMR元件。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述感应线圈的环内安置所述磁场感测元件的至少一部分。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括以霍尔元件的形式提供所述磁场感测元件。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括向所述线圈供应脉冲或瞬态电流。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述线圈附接到所述基板的顶表面或底表面。
20.根据权利要求12所述的方法，还包括将所述线圈提供为在与所述基板的封装件相同的封装件内的独立形成的元件。
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