CN108363025A - 磁场传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁场传感器，其包括：至少一个磁场传感单元，其具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏感轴，所述磁场传感单元包括沿其磁易轴方向延伸的磁电阻条；至少一个设置‑重置导线组，所述设置‑重置导线组位于对应的磁电阻条的上方或下方，所述设置‑重置导线组包括沿对应的所述磁电阻条的纵长延伸方向平行排布的多根导线，且靠近对应的所述磁电阻条边缘区域的所述导线的宽度小于靠近对应的磁电阻条的中间区域的所述导线的宽度。与现有技术相比，本发明的磁场传感器，其设置‑重置线圈在通入电流后，可以在磁电阻条边缘区域产生强度很大的磁场，在磁电阻条中间区域产生强度适中的磁场，从而有效地设置‑重置磁电阻条的磁矩。

Description

磁场传感器
【技术领域】
本发明涉及磁场传感器技术领域，特别涉及一种具有改进的设置-重置线圈的磁场传感器。
【背景技术】
目前基于磁电阻效应的磁场传感器已经应用非常普通，比如各向异性磁电阻(AMR)磁场传感器、巨磁电阻(GMR)磁场传感器及隧穿磁电阻(TMR)磁场传感器。一般来说，基于磁电阻效应的磁场传感器在磁场方向和大小改变时，器件电阻会随之改变。磁场传感器的结构通常包括一层软磁材料，例如铁、钴，镍，钴铁硼合金或镍铁合金(permalloy)等。在磁场方向和大小改变时，软磁材料层的磁化方向随之改变，从而引起电阻的变化。
磁场传感器受到大磁场干扰之后，零点和灵敏度都会发生变化。为了初始化零点和灵敏度，需要施加磁场来设置-重置磁电阻条的磁矩。由于磁电阻条边缘区域退磁场强度很大，中间区域退磁场强度适中，如何产生边缘区域磁场强度很大、中间区域磁场强度适中的磁场，从而有效地设置-重置磁电阻条的磁矩，一直是个难点。
因此需要一种改进的磁场传感器以克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种磁场传感器，其设置-重置线圈(或设置-重置导线组)在通入电流后，可以在磁电阻条边缘区域产生强度很大的磁场，在磁电阻条中间区域产生强度适中的磁场，从而有效地设置-重置磁电阻条的磁矩。
为了解决上述问题，本发明提供一种磁场传感器，其包括：至少一个磁场传感单元，其具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏感轴，所述磁场传感单元包括沿其磁易轴方向延伸的磁电阻条；至少一个设置-重置导线组，所述设置-重置导线组位于对应的磁电阻条的上方或下方，所述设置-重置导线组包括沿对应的所述磁电阻条的纵长延伸方向平行排布的多根导线，且靠近对应的所述磁电阻条边缘区域的所述导线的宽度小于靠近对应的磁电阻条的中间区域的所述导线的宽度。
进一步的，当向所述设置-重置导线组通入电流时，其在对应的所述磁电阻条的边缘区域产生的磁场强度大于其在对应的所述磁电阻条的中间区域产生的磁场强度。
进一步的，所述多根导线上通过的电流的方向相同。
进一步的，所述多根导线上通过的电流的大小相同。
进一步的，所述磁场传感单元为各向异性磁电阻传感单元、巨磁电阻传感单元或隧穿磁电阻传感单元。
进一步的，所述磁场传感单元还包括形成于所述磁电阻条上的并与所述磁电阻条成预定角度的相互平行的若干个导线条。
进一步的，所述设置-重置导线组包括沿磁电阻条纵长延伸方向依次平行排布的第一导线、第二导线、第三导线和第四导线，其中，第一导线和第四导线宽度相同，两者位于磁电阻条的边缘区域；第二导线和第三导线宽度相同，两者位于磁电阻条的中间区域，且第一导线和第四导线的导线宽度小于第二导线和第三导线的导线宽度。
进一步的，所述磁场传感单元为四个，所述设置-重置导线组为四组，四组设置-重置导线组的导线相连构成多匝设置-重置线圈，该设置-重置线圈具有一个输入端和一个输出端，在设置-重置线圈的输入端和输出端施加预定电压，第二导线的宽度是第一导线的宽度的1.5倍或以上。
进一步的，基于磁电阻条的尺寸和/或磁电阻条的退磁场分布来合理设置所述设置-重置导线组包括的导线数量，以使得由多个所述设置-重置导线组构成的多匝设置-重置线圈的电阻适中。
进一步的，所述设置-重置导线组中的所述导线与对应的磁场传感单元的磁敏感轴平行。
与现有技术相比，本发明的磁场传感器中与磁电阻条对应的设置-重置导线组包括平行的多根导线，且靠近磁电阻条的边缘区域的导线的宽度小于靠近磁磁电阻条中间区域的导线的宽度，以使得在设置-重置线圈中通入电流后，可以在磁电阻条边缘区域产生强度很大的磁场，在磁电阻条中间区域产生强度适中的磁场，从而有效地设置-重置磁电阻条的磁矩。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中的磁场传感器在一个实施例中的部分结构示意图；
图2为沿图1中的c-c剖面线的剖视示意图；
图3为图1所示的磁场传感器的设置-重置导线组在对应的磁电阻条上产生的磁场H的分布示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连，间接电性相连是指经由另外一个器件或电路电性相连。
图1为本发明中的磁场传感器在一个实施例中的部分结构示意图；图2为沿图1中的c-c剖面线的剖视示意图。如图1和2所示的，所述磁场传感器包括设置-重置导线组110和磁场传感单元120，该设置-重置导线组110和磁场传感单120相对应，并位于所述磁场传感单元120的上方或下方。
所述磁场传感单元120具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏感轴。为了介绍方便，定义x轴和与x轴垂直的y轴，所述磁场传感单元120的磁易轴与x轴平行，所述磁场传感单元120的磁敏感轴与y轴平行。所述磁场传感单元120可以为各向异性磁电阻(AMR)传感单元、巨磁电阻(GMR)传感单元或隧穿磁电阻(TMR)传感单元。
在图1和图2所示的实施例中，所述磁场传感单元120包括沿其磁易轴方向延伸的纵长磁电阻条122，且所述设置-重置导线组110位于磁电阻条122的上方。在另一个实施例中，所述设置-重置导线组110也可以位于磁电阻条122的下方。在另一个实施例中，所述磁场传感单元120还包括形成于所述磁电阻条122上的并与所述磁电阻条122成预定角度的相互平行的若干个导线条(未图示)。所述磁电阻条122可以由铁、钴、镍、钴铁硼合金或镍铁合金等软磁材料制成，所述磁电阻条122所在的层也被称为软磁层或磁阻层；所述导电条由导电材料制成，比如，钛Ti和铜Cu等制成。
所述设置-重置导线组110包括沿磁电阻条122纵长延伸方向平行排布的多根导线，且靠近对应的磁电阻条122边缘区域(或端部区域)的导线的宽度小于靠近对应的磁电阻条122中间区域的导线的宽度。当向所述设置-重置导线110通入电流后，其在对应的所述磁电阻条122的边缘区域产生的磁场强度大于在对应的所述磁电阻条122的中间区域产生的磁场强度，以克服磁电阻条122边缘区域强度很大、中间区域强度适中的退磁场，从而有效地实现了设置-重置磁电阻条的磁矩。
在图1和图2所示的具体实施例中，所述设置-重置导线组110包括沿磁电阻条122纵长延伸方向(即磁场传感器单元120的磁易轴方向)依次平行且间隔排布的第一导线111、第二导线112、第三导线113和第四导线114。第一导线111和第四导线114宽度相同，两者靠近或位于磁电阻条122的边缘区域(或端部区域)；第二导线112和第三导线113宽度相同，两者靠近或位于磁电阻条122的中间区域，且第一导线111和第四导线114的导线宽度小于第二导线112和第三导线113的导线宽度；所述第一导线111、第二导线112、第三导线113和第四导线114通过的电流I的大小和方向均相同。在图1和图2所示的具体实施例中，所述设置-重置导线组110中的导线与磁敏感轴(或磁电阻条122)平行。
所述第一导线111、第二导线112、第三导线113和第四导线114可以通过串联方式连接以形成置-重置线圈，通过在所述设置-重置导线组110通入电流I，以在磁电阻条122所在平面产生与磁易轴相平行的磁场H，从而设置-重置磁电阻条122的磁矩。在一个实施例中，第二导线112的宽度是第一导线111的宽度的1.5倍或以上。
在一个实施例中，所述磁场传感器包括四组设置-重置导线组110和四个磁场传感单元120，四个磁场传感单元120形成惠斯通电桥以感应磁场，四组设置-重置导线组110的导线相连构成多匝设置-重置线圈，该设置-重置线圈具有一个输入端和一个输出端，在设置-重置线圈的输入端和输出端施加预定电压以在线圈内形成设置-重置电流，其中，所述多匝设置-重置线圈的电阻适中(2～4欧姆)。
请参考图3所示，其为图1和图2所示的磁场传感器中的设置-重置导线组110在对应的磁电阻条122上产生的磁场H的分布示意图。从图3中可知，通过在所述设置-重置导线组110中通入电流I，在磁电阻条122边缘区域产生强度很大的磁场，在磁电阻条122中间区域产生强度适中的磁场(即在磁电阻条122的边缘区域产生的磁场强度大于在其中间区域产生的磁场强度)，从而克服磁电阻条122边缘区域强度很大的退磁场、磁电阻条122中间区域强度适中的退磁场，有效地实现了设置-重置磁电阻条的磁矩。
需要特别说明的是，在图1和图2所示的具体实施例为本发明的优选实施例。在图1和图2所示的实施例中，所述设置-重置导线组110包括第一导线111、第二导线112、第三导线113和第四导线114，其中，第一导线111和第四导线114宽度较窄且相等，第二导线112和第三导线113宽度较宽且相等。在其它实施例中，所述设置-重置导线组110包括的导线数量也可以为2个、3个、5个……，且靠近对应的磁电阻条122端部区域的导线的宽度小于靠近对应的磁电阻条122中间区域的导线的宽度，以使得所述设置-重置导线110通入电流后，其在对应的所述磁场传感单元120的边缘区域产生的磁场强度大于在对应的所述磁场传感单元120的中间区域产生的磁场强度。
由于通常情况下，磁电阻条122的尺寸是预定的，设置-重置导线组110包括的导线数量会直接影响各导线的宽度，而导线过窄会导致设置-重置导线组110的电阻过大、电流过小、功耗增加等一系列问题，故基于磁电阻条122的尺寸和/或磁电阻条122的退磁场分布来合理设置所述设置-重置导线组110包括的导线数量，以使得由设置-重置导线组110构成的多匝设置-重置线圈的电阻适中，也是本发明中非常重要的一个发明点。
综上所述，本发明中设置的与磁电阻条122对应的设置-重置导线组110包括平行的多根导线，且靠近磁电阻条122边缘区域的导线的宽度小于靠近磁电阻条122中间区域的导线的宽度，以使得在设置-重置导线组110中通入电流后，可以在磁电阻条122边缘区域产生强度很大的磁场，在磁电阻条122中间区域产生强度适中的磁场，以克服磁电阻条122边缘区域强度很大的退磁场、中间区域强度适中的退磁场，从而有效地实现了设置-重置磁电阻条的磁矩。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种磁场传感器，其特征在于，其包括：
至少一个磁场传感单元，其具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏感轴，所述磁场传感单元包括沿其磁易轴方向延伸的磁电阻条；
至少一个设置-重置导线组，所述设置-重置导线组位于对应的磁电阻条的上方或下方，所述设置-重置导线组包括沿对应的所述磁电阻条的纵长延伸方向平行排布的多根导线，且靠近对应的所述磁电阻条边缘区域的所述导线的宽度小于靠近对应的磁电阻条的中间区域的所述导线的宽度。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
当向所述设置-重置导线组通入电流时，其在对应的所述磁电阻条的边缘区域产生的磁场强度大于其在对应的所述磁电阻条的中间区域产生的磁场强度。
3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
所述多根导线上通过的电流的方向相同。
4.根据权利要求3所述的磁场传感器，其特征在于，
所述多根导线上通过的电流的大小相同。
5.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
所述磁场传感单元为各向异性磁电阻传感单元、巨磁电阻传感单元或隧穿磁电阻传感单元。
6.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
所述磁场传感单元还包括形成于所述磁电阻条上的并与所述磁电阻条成预定角度的相互平行的若干个导线条。
7.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
所述设置-重置导线组包括沿磁电阻条纵长延伸方向依次平行排布的第一导线、第二导线、第三导线和第四导线，其中，第一导线和第四导线宽度相同，两者位于磁电阻条的边缘区域；第二导线和第三导线宽度相同，两者位于磁电阻条的中间区域，且第一导线和第四导线的导线宽度小于第二导线和第三导线的导线宽度。
8.根据权利要求7所述的磁场传感器，其特征在于，
所述磁场传感单元为四个，所述设置-重置导线组为四组，四组设置-重置导线组的导线相连构成多匝设置-重置线圈，该设置-重置线圈具有一个输入端和一个输出端，在设置-重置线圈的输入端和输出端施加预定电压，
第二导线的宽度是第一导线的宽度的1.5倍或以上。
9.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
基于磁电阻条的尺寸和/或磁电阻条的退磁场分布来合理设置所述设置-重置导线组包括的导线数量，以使得由多个所述设置-重置导线组构成的多匝设置-重置线圈的电阻适中。
10.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，
所述设置-重置导线组中的所述导线与对应的磁场传感单元的磁敏感轴平行。
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