CN110662978B - 倾斜分段式的各向异性磁阻角度传感器 - Google Patents

Abstract

一种集成式AMR传感器包含：具有两个电阻器的半电桥、具有四个电阻器的惠斯通电桥，或具有呈正交配置的四个电阻器的第一惠斯通电桥以及具有呈正交配置的四个电阻器的第二惠斯通电桥，所述第二惠斯通电桥相对于所述第一惠斯通电桥定向成45度。每一电阻器(204)包含：第一磁阻区段(284)，其电流流动方向(288)相对于所述电阻器(204)的参考方向(206)定向成第一倾斜角；及第二磁阻区段(286)，其电流流动方向(290)相对于所述参考方向(206)定向成第二倾斜角。所述倾斜角经选择以有利于抵消由于所述磁阻区段(284、286)的形状各向异性所致的角度误差。在另一实施方案中，一种方法识别抵消由于所述磁阻区段(284、286)的形状各向异性所致的角度误差的倾斜角。

Description

倾斜分段式的各向异性磁阻角度传感器

技术领域

本发明涉及集成式各向异性磁阻(AMR)传感器。

背景技术

各向异性磁阻(AMR)传感器具有用于检测外部磁场的定向的磁阻区段。外部磁场会在磁阻区段中产生磁矩。由于磁阻区段存在形状各向异性，因此磁矩与外部磁场并不平行，而这会导致对外部磁场的定向的估计出现角度误差。具有细长形状(例如，窄长的矩形)的磁阻区段的形状各向异性更明显，所述细长形状达成更高效的布局。对于具有细长磁阻区段的传感器来说，角度误差可随外部磁场的定向不同而各不相同，误差范围高于0.1度。反之，具有低形状各向异性值的磁阻区段具有低长宽比，这会导致AMR传感器的面积增大且因此成本提高这一不期望情况。一些AMR传感器使用弯曲磁阻区段来将在一系列外部磁场定向上的角度误差平均化，这使得角度误差的范围变窄，但不期望地导致角度误差平均值变高。其它AMR传感器使用大小及/或定向不同的多个区段的连续磁阻带来使角度误差平均化，而这同样不期望地导致角度误差平均值变高。由于形状各向异性所致的角度误差导致AMR传感器的总误差。

发明内容

一种系统包括集成式各向异性磁阻(AMR)传感器及用于形成集成式AMR传感器的方法。在一个实施方案中，所描述的系统/方法涉及一种包含具有两个电阻器的半电桥的集成式AMR传感器，所述两个电阻器具有彼此垂直的参考方向。在另一实施方案中，所描述的系统/方法涉及一种包含具有四个电阻器的第一惠斯通电桥的集成式AMR传感器，所述四个电阻器具有呈正交配置的参考方向。在另一实施方案中，所描述的系统/方法涉及一种集成式AMR传感器，所述集成式AMR传感器包含：第一惠斯通电桥，其具有四个电阻器，所述四个电阻器具有呈正交配置的参考方向；及第二惠斯通电桥，其具有四个电阻器，所述四个电阻器具有呈正交配置的参考方向，所述第二惠斯通电桥相对于所述第一惠斯通电桥定向成45度。

在每一实施方案中，每一电阻器包含：第一磁阻区段，其具有相对于所述电阻器的参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其具有相对于所述参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向。所述第一倾斜角及所述第二倾斜角经选择以有利于抵消由于所述磁阻区段的形状各向异性所致的角度误差。在另一实施方案中，所描述的系统/方法包含用于识别抵消由于所述磁阻区段的形状各向异性所致的角度误差的倾斜角的方法。

附图说明

图1描绘实例性集成式AMR传感器。

图2是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。

图3是集成式AMR传感器的经估计最大角度误差的图表，所述集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段及第二磁阻区段的电阻器，所述第一磁阻区段及第二磁阻区段中的每一者总电阻相等。

图4是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的另一集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。

图5是集成式AMR传感器的经估计最大角度误差的图表，所述集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段的电阻器，所述第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段中的每一者总电阻相等。

图6是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的另一集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。

图7是集成式AMR传感器的经估计最大角度误差的图表，所述集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段的电阻器。

图8是实例性集成式AMR传感器的俯视图。

图9是形成集成式AMR传感器的实例性方法的流程图。

具体实施方式

图式未按比例绘制。任选一些所图解说明的动作或事件来实施根据实例性实施例的方法。

实例性实施例包含一种包括集成式各向异性磁阻(AMR)传感器的系统以及一种用于形成集成式AMR传感器的方法。在一个实施方案中，所描述的系统/方法涉及包含半电桥的集成式AMR传感器，所述半电桥具有参考方向彼此垂直的两个电阻器。在另一实施方案中，所描述的系统/方法涉及包含第一惠斯通电桥的集成式AMR传感器，所述第一惠斯通电桥具有参考方向呈正交配置的四个电阻器。在另一实施方案中，所描述的系统/方法涉及包含第一惠斯通电桥及第二惠斯通电桥的集成式AMR传感器，所述第一惠斯通电桥具有参考方向呈正交配置的四个电阻器，所述第二惠斯通电桥具有参考方向呈正交配置的四个电阻器，所述第二惠斯通电桥相对于所述第一惠斯通电桥定向成45度。

一种集成式AMR传感器可具有包含两个串联连接电阻器的半电桥，其中所述两个电阻器之间存在感测节点。每一电阻器具有参考方向，所述参考方向相对于集成式AMR传感器的共同参考轴定向成一定参考角度。两个电阻器的参考方向彼此垂直，因此其具有正交配置。

另一集成式AMR传感器可具有包括四个电阻器的惠斯通电桥。四个电阻器布置成两个半电桥，每一半电桥具有两个串联电阻器，其中每一半电桥的电阻器之间存在感测节点。每一电阻器具有参考方向，所述参考方向相对于集成式AMR传感器的共同参考轴定向成一定参考角度。每一半电桥中的电阻器的参考方向彼此垂直。每一电阻器的参考方向平行于相对半电桥中的电阻器的参考方向，这使得惠斯通电桥呈正交配置。

另一集成式AMR传感器可具有：第一惠斯通电桥，其具有呈正交配置的四个电阻器；及第二惠斯通电桥，其具有呈正交配置的四个电阻器，所述第一惠斯通电桥的参考方向相对于第一惠斯通电桥的参考方向定向成45度。

在集成式AMR传感器中的每一者中，每一电阻器至少包含串联电耦合的第一磁阻区段与第二磁阻区段。第一磁阻区段具有第一电流流动方向，所述第一电流流动方向是在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第一磁阻区段的方向，相对于含有第一磁阻区段的电阻器的参考方向定向成第一正倾斜角。第二磁阻区段具有相对于电阻器的参考方向定向成第二负倾斜角的第二电流流动方向。

在集成式AMR传感器的操作期间，从感测节点获得一或多个信号。所述信号用于估计磁阻区段的平面中的外部磁场分量的定向角度。每一电阻器中的磁阻区段的倾斜角经选择以在估计定向角度时有利于抵消由于形状各向异性所致的测量误差。磁阻区段可具有高长宽比，与使用低长宽比的磁阻区段的另一AMR传感器相比，这有利于达成高效的布局且因此降低集成式AMR传感器的成本。在仅具有一个半电桥的集成式AMR传感器中，可估计定向角度处于大约90度范围内，这对一些应用来说足矣。与其它配置相比，仅具有一个半电桥可使得传感器面积较低，且因此成本较低且功耗较低。在就具有一个惠斯通电桥的集成式AMR传感器中，估计定向角度可处于大约180度的范围内，这对其它应用来说足矣。与双惠斯通电桥配置相比，就具有一个惠斯通电桥可使这些应用具备所期望的成本及功率。在具有两个惠斯通电桥的集成式AMR传感器中，估计定向角度可处于360度的范围内。

本文中描述集成式AMR传感器的特定配置的实例。描述为磁阻区段选择倾斜角以抵消由于形状各向异性所致的测量误差的方法来作为形成集成式AMR传感器的方法的一部分。

在此说明中，术语“横向”是指与集成式AMR传感器的瞬时顶部表面的平面平行的方向。术语“垂直”是指与集成式AMR传感器的顶部表面的平面垂直的方向。除非另有规定，否则术语“角度误差(angular error及angular errors)”是指由于形状各向异性所致的角度误差。在此说明中，被描述为相等的电阻彼此相差5％以内，这实现本文中所描述的优势。

图1描绘实例性集成式AMR传感器。集成式AMR传感器100包含第一惠斯通电桥102。第一惠斯通电桥102包含具有第一参考方向106的第一电阻器104。第一参考方向106相对于集成式AMR传感器100的共同参考轴110定向成第一参考角度108。在此实例中，第一参考角度108可具有45度的值。第一参考角度108的其它值在此实例的范围内。共同参考轴110可与集成式AMR传感器100的物理结构(例如，集成式AMR传感器100的边缘或集成式AMR传感器100的内部部件)平行。

第一惠斯通电桥102包含具有第二参考方向114的第二电阻器112。第二参考方向114相对于共同参考轴110定向成第二参考角度116。第二参考方向114与第一参考方向106垂直。在此实例中，第二参考角度116可具有135度的值。第二电阻器112与第一电阻器104串联电耦合。第一电阻器104及第二电阻器112是第一惠斯通电桥102的第一半电桥118的一部分。

第一惠斯通电桥102包含具有第三参考方向122的第三电阻器120。第三参考方向122相对于共同参考轴110定向成第三参考角度124。第三参考方向122与第一参考方向106垂直。在此实例中，第三参考角度124可具有-45度的值。

第一惠斯通电桥102包含具有第四参考方向128的第四电阻器126。第四参考方向128相对于共同参考轴110定向成第四参考角度130。第四参考方向128与第三参考方向122垂直。在此实例中，第四参考角度130可具有-135度的值。第四电阻器126与第三电阻器120串联电耦合。第三电阻器120及第四电阻器126是第一惠斯通电桥102的第二半电桥132的一部分。

第一电阻器104及第三电阻器120电耦合到集成式AMR传感器100的第一偏置端子134，第一偏置端子134在图1中被标记为“BIAS 1”。第二电阻器112及第四电阻器126电耦合到集成式AMR传感器100的第二偏置端子136，第二偏置端子136在图1中被标记为“BIAS 2”。第一电阻器104及第二电阻器112电耦合到集成式AMR传感器100的第一感测端子138，第一感测端子138在图1中被标记为“SENSE 1”。第三电阻器120及第四电阻器126电耦合到集成式AMR传感器100的第二感测端子140，第二感测端子140在图1中被标记为“SENSE 2”。第一电阻器104串联电耦合在第一偏置端子134与第一感测端子138之间。第二电阻器112串联电耦合在第一感测端子138与第二偏置端子136之间。第三电阻器120串联电耦合在第一偏置端子134与第二感测端子140之间。第四电阻器126串联电耦合在第二感测端子140与第二偏置端子136之间。第一电阻器104、第二电阻器112、第三电阻器120及第四电阻器126中的每一者包含磁阻区段。

第一惠斯通电桥102具有正交配置。在此说明中，正交配置被理解为使得其中第二电阻器112的第二参考方向114与第一电阻器104的第一参考方向106垂直，第三电阻器120的第三参考方向122与第一参考方向106垂直，且第四电阻器126的第四参考方向128与第三参考方向122垂直。

集成式AMR传感器100包含第二惠斯通电桥142。第二惠斯通电桥142包含具有第五参考方向146的第五电阻器144。第五参考方向146相对于共同参考轴110定向成第五参考角度148。第五参考方向146相对于第一参考方向106定向成45度的角度。在此实例中，第五参考角度148可具有0度的值。

第二惠斯通电桥142包含具有第六参考方向152的第六电阻器150。第六参考方向152相对于共同参考轴110定向成第六参考角度154。第六参考方向152与第五参考方向146垂直。在此实例中，第六参考角度154可具有90度的值。第六电阻器150与第五电阻器144串联电耦合。第五电阻器144及第六电阻器150是第二惠斯通电桥142的第三半电桥156的一部分。

第二惠斯通电桥142包含具有第七参考方向160的第七电阻器158。第七参考方向160相对于共同参考轴110定向成第七参考角度162。第七参考方向160与第五参考方向146垂直。在此实例中，第七参考角度162可具有-90度的值。

第二惠斯通电桥142包含具有第八参考方向166的第八电阻器164。第八参考方向166相对于共同参考轴110定向成第八参考角度168。第八参考方向166与第七参考方向160垂直。在此实例中，第八参考角度168可具有180度的值。第八电阻器164与第七电阻器158串联电耦合。第七电阻器158及第八电阻器164是第二惠斯通电桥142的第四半电桥170的一部分。

第五电阻器144及第七电阻器158电耦合到集成式AMR传感器100的第三偏置端子172，第三偏置端子172在图1中被标记为“BIAS 3”。第六电阻器150及第八电阻器164电耦合到集成式AMR传感器100的第四偏置端子174，第四偏置端子174在图1中被标记为“BIAS 4”。第五电阻器144及第六电阻器150电耦合到集成式AMR传感器100的第三感测端子176，第三感测端子176在图1中被标记为“SENSE 3”。第七电阻器158及第八电阻器164电耦合到集成式AMR传感器100的第四感测端子178，第四感测端子178在图1中被标记为“SENSE 4”。第五电阻器144串联电耦合在第三偏置端子172与第三感测端子176。第六电阻器150串联电耦合在第三感测端子176与第四偏置端子174之间。第七电阻器158串联电耦合在第三偏置端子172与第四感测端子178之间。第八电阻器164串联电耦合在第四感测端子178与第四偏置端子174之间。第五电阻器144、第六电阻器150、第七电阻器158及第八电阻器164中的每一者包含磁阻区段。第二惠斯通电桥142也具有正交配置。第二惠斯通电桥142相对于第一惠斯通电桥102定向成45度的角度。

在集成式AMR传感器100的操作期间，可将从第一感测端子138及第二感测端子140获得的第一差分信号与从第三感测端子176及第四感测端子178获得的第二差分信号组合，以估计外部磁场182相对于共同参考轴110的磁场角度180，在图1中通过被标记为“EXTERNAL MAGNETIC FIELD”的箭头示意性地描绘磁场角度180。第一电阻器104到第八电阻器164中的磁阻区段经定向以在估计磁场角度180时有利于抵消由于形状各向异性所致的角度误差。就磁场角度180的所有值来说，由于形状各向异性所致的角度误差可小于0.04度，外部磁场182的量值大于200奥斯特。

在此实例的替代版本中，集成式AMR传感器100可仅具有一个惠斯通电桥，例如第一惠斯通电桥102。在此版本中，可估计磁场角度180处于180度的范围内。在此实例的另一版本中，集成式AMR传感器100可仅具有一个半电桥，例如第一半电桥118。在此版本中，可估计磁场角度180处于90度的范围内。

图2是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。电阻器204具有参考方向206。参考方向206相对于集成式AMR传感器的共同参考轴210定向成参考角度208。此实例的电阻器204包含串联电耦合的第一磁阻区段284与第二磁阻区段286，如图2中示意性地描绘。第一磁阻区段284及第二磁阻区段286中的每一者具有长度，长度可被理解为与在集成式AMR传感器的操作期间第一磁阻区段284或第二磁阻区段286的电流流动方向平行的线性尺寸；且具有宽度，宽度可被理解为第一磁阻区段284或第二磁阻区段286的与长度垂直的平均横向尺寸。第一磁阻区段284及第二磁阻区段286可具有大于10的长度对宽度比率(称为长宽比)，与具有较低长宽比(例如，小于5)的磁阻区段的配置相比，这可使得能够在所期望的面积中获得所期望的第一磁阻区段284的总电阻。较低的长宽比有利于减小顺序磁阻区段之间的互连所需的面积。第一磁阻区段284可具有相等长度，且第二磁阻区段286可具有相等长度，如图2中所描绘。另一选择为，第一磁阻区段284可具有一系列长度，且类似地第二磁阻区段286也具有一系列长度。

在此实例中，第一磁阻区段284的总电阻与第二磁阻区段286的总电阻是均衡的以抵消由于形状各向异性所致的角度误差。举例来说，第一磁阻区段284的总电阻可大约等于第二磁阻区段286的总电阻。在某种意义上，术语“大约相等”可被理解为在几个百分比内均意指相等。在另一意义上，术语“大约相等”可被理解为在集成式AMR传感器制造期间产生的制造容差内均意指相等。在另一意义上，术语“大约相等”可被理解为在分析集成式AMR传感器期间产生的测量容差内均意指相等。第一磁阻区段284中的每一者具有第一电流流动方向288，所述第一电流流动方向288处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第一磁阻区段284的方向上。在此实例中，每一第一电流流动方向288相对于电阻器204的参考方向206定向成+12度到+18度。类似地，第二磁阻区段286中的每一者具有第二电流流动方向290，第二电流流动方向290处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第二磁阻区段286的方向上。在此实例中，每一第二电流流动方向290相对于电阻器204的参考方向206定向成-12度到-18度。当第一磁阻区段284经布置以使每一第一电流流动方向288相对于参考方向206定向成更接近+15度时，且当第二磁阻区段286经布置以使每一第二电流流动方向290相对于参考方向206定向成更接近-15度时，会进一步减小由于形状各向异性所致的角度误差。在此实例中，集成式AMR传感器的两个惠斯通电桥的每一电阻器具有类似的磁阻区段配置。每一电阻器中的此磁阻区段配置可使得对于外部磁场282的定向角度280来说由于形状各向异性所致的角度误差小于0.04度。

图3是集成式AMR传感器的由于形状各向异性所致的经估计最大角度误差的图表，所述集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段及第二磁阻区段的电阻器且无其它磁阻区段，所述第一磁阻区段及第二磁阻区段中的每一者总电阻相等。图3的图表描绘随倾斜角而变化的经估计最大角度误差，其中第一磁阻区段相对于含有第一磁阻区段的电阻器的参考方向定向成正的倾斜角量值，且其中第二磁阻区段相对于电阻器的参考方向定向成负的倾斜角量值。第一磁阻区段的+12度到+18度的倾斜角及第二磁阻区段的-12度到-18度的倾斜角(例如图2中所展示)可使得对于外部磁场的所有定向角度来说由于形状各向异性所致的最大角度误差小于0.04度。第一磁阻区段的更接近+15度的倾斜角及第二磁阻区段的更接近-15度的倾斜角可使得由于形状各向异性所致的最大角度误差对于外部磁场的所有定向角度来说小于0.01度。

图4是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的另一集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。电阻器404具有参考方向406。参考方向406相对于集成式AMR传感器的共同参考轴410定向成参考角度408。此实例的电阻器404包含串联电耦合的第一磁阻区段484、第二磁阻区段486及第三磁阻区段492，如图4中示意性地描绘。第一磁阻区段484、第二磁阻区段486及第三磁阻区段492中的每一者具有如参考图2中所描述的长度及宽度。第一磁阻区段484、第二磁阻区段486及第三磁阻区段492可具有大于10的长宽比。

在此实例中，第一磁阻区段484的总电阻、第二磁阻区段486的总电阻及第三磁阻区段492的总电阻是均衡的以抵消由于形状各向异性所致的角度误差。举例来说，第一磁阻区段484的总电阻可大约等于第二磁阻区段486的总电阻，且可大约等于第三磁阻区段492的总电阻。第一磁阻区段484中的每一者具有第一电流流动方向488，第一电流流动方向488处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第一磁阻区段484的方向上。在此实例中，每一第一电流流动方向488相对于电阻器404的参考方向406定向成+16度到+24度。第二磁阻区段486中的每一者具有第二电流流动方向490，第二电流流动方向490处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第二磁阻区段486的方向上。在此实例中，每一第二电流流动方向490相对于电阻器404的参考方向406定向成-16度到-24度。第三磁阻区段492中的每一者具有第三电流流动方向494，第三电流流动方向494处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第三磁阻区段492的方向上。在此实例中，每一第三电流流动方向494相对于电阻器404的参考方向406定向成0度。在此实例中，集成式AMR传感器的两个惠斯通电桥每一电阻器具有类似的磁阻区段配置。当第一磁阻区段484经布置以将每一第一电流流动方向488相对于参考方向406定向成更接近+20度时且当第二磁阻区段486经布置以将每一第二电流流动方向490相对于参考方向406定向成更接近-20度时，会进一减小角度误差。在此实例中，集成式AMR传感器的两个惠斯通电桥的每一电阻器具有类似的磁阻区段配置。每一电阻器中的此磁阻区段配置可使得由于形状各向异性所致的角度误差对于外部磁场482的所有定向角度480来说小于0.04度。

图5是集成式AMR传感器的由于形状各向异性所致的经估计最大角度误差的图表，集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段且无其它磁阻区段的电阻器，第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段中的每一者总电阻相等。图5的图表描绘随倾斜角而变化的经估计最大角度误差，其中第一磁阻区段相对于含有第一磁阻区段的电阻器的参考方向定向成正的倾斜角量值，且其中第二磁阻区段相对于所述电阻器的参考方向定向成负的倾斜角量值，且其中第三磁阻区段相对于电阻器的参考方向定向成零度。第一磁阻区段的+16度到+24度的倾斜角及第二磁阻区段的-16度到-24度的倾斜角(例如图4中所展示)可使得由于形状各向异性所致的最大角度误差对于外部磁场的所有定向角度来说小于0.04度。第一磁阻区段的更接近+20度的倾斜角及第二磁阻区段的更接近-20度的倾斜角可使得由于形状各向异性所致的最大角度误差对于外部磁场的所有定向角度来说小于0.01度。

图6是参考图1所描述的具有两个惠斯通电桥的另一集成式AMR传感器的实例性电阻器的俯视图。电阻器604具有参考方向606。参考方向606相对于集成式AMR传感器的共同参考轴610定向成参考角度608。此实例的电阻器604包含串联电耦合的第一磁阻区段684、第二磁阻区段686及第三磁阻区段692，如图6中示意性地描绘。第一磁阻区段684、第二磁阻区段686及第三磁阻区段692中的每一者具有如参考图2中所描述的长度及宽度。第一磁阻区段684、第二磁阻区段686及第三磁阻区段692可具有大于10的长宽比。

在此实例中，第一磁阻区段684的总电阻、第二磁阻区段686的总电阻及第三磁阻区段692的总电阻是均衡的以抵消由于形状各向异性所致的角度误差。举例来说，第一磁阻区段684的总电阻可大约等于第二磁阻区段686的总电阻，且第三磁阻区段692的总电阻可大约等于第一磁阻区段684的总电阻与第二磁阻区段686的总电阻的和。第一磁阻区段684中的每一者具有第一电流流动方向688，第一电流流动方向688处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第一磁阻区段684的方向上。在此实例中，每一第一电流流动方向688相对于电阻器604的参考方向606定向成+24度到+36度。第二磁阻区段686中的每一者具有第二电流流动方向690处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第二磁阻区段686的方向上。在此实例中，每一第二电流流动方向690相对于电阻器604的参考方向606定向成-24度到-36度。第三磁阻区段692中的每一者具有第三电流流动方向694，第三电流流动方向694处于在集成式AMR传感器的操作期间电流流过第三磁阻区段692的方向上。在此实例中，每一第三电流流动方向694相对于电阻器604的参考方向606定向成0度。当第一磁阻区段684经布置以将每一第一电流流动方向688相对于参考方向606定向成更接近+30度时且当第二磁阻区段686经布置以将每一第二电流流动方向690相对于参考方向606定向成更接近-30度时，会进一步减小角度误差。在此实例中，集成式AMR传感器的两个惠斯通电桥的每一电阻器具有类似的磁阻区段配置。每一电阻器的此磁阻区段配置可使得由于形状各向异性所致的角度误差对于外部磁场682的所有定向角度680来说小于0.04度。

图7是集成式AMR传感器的由于形状各向异性所致的经估计最大角度误差的图表，集成式AMR传感器具有包括第一磁阻区段、第二磁阻区段及第三磁阻区段的电阻器。第一磁阻区段的总电阻大约等于第二磁阻区段的总电阻。第三磁阻区段的总电阻大约等于第一磁阻区段的总电阻与第二磁阻区段的总电阻的和。图7的图表描绘经估计最大角度误差随倾斜角的变化，其中第一磁阻区段相对于含有所述第一磁阻区段的电阻器的参考方向定向成正的倾斜角量值，且其中第二磁阻区段相对于所述电阻器的参考方向定向成负的倾斜角量值，且其中第三磁阻区段相对于电阻器的参考方向定向成零度。第一磁阻区段的+24度到+36度的倾斜角及第二磁阻区段的-24度到-36度的倾斜角(例如，图6中所展示)可使得由于形状各向异性所致的最大角度误差对于外部磁场的所有定向角度来说小于0.04度。第一磁阻区段的更接近+30度的倾斜角及第二磁阻区段的更接近-30度的倾斜角可使得由于形状各向异性所致的最大角度误差对于外部磁场的所有定向角度来说小于0.01度。

图8是实例性集成式AMR传感器的俯视图。集成式AMR传感器800包含第一惠斯通电桥802，第一惠斯通电桥802具有布置成正交配置的第一电阻器804、第二电阻器812、第三电阻器820及第四电阻器826。集成式AMR传感器800进一步包含第二惠斯通电桥842，第二惠斯通电桥842具有布置成正交配置且相对于第一惠斯通电桥802定向成45度的第五电阻器844、第六电阻器850、第七电阻器858及第八电阻器864。

第一电阻器804、第二电阻器812、第三电阻器820、第四电阻器826、第五电阻器844、第六电阻器850、第七电阻器858及第八电阻器864中的每一者至少包含：第一磁阻区段884，其相对于电阻器804、812、820、826、844、850、858或864的参考方向定向成第一倾斜角；及第二磁阻区段886，相对于电阻器804、812、820、826、844、850、858或864的参考方向定向成第二倾斜角。每一电阻器804、812、820、826、844、850、858及864可进一步包含第三磁阻区段892相对于电阻器804、812、820、826、844、850、858或864的参考方向定向成零度倾斜角。在每一电阻器804、812、820、826、844、850、858及864中，第一磁阻区段884、第二磁阻区段886及第三磁阻区段892串联电耦合。

每一电阻器804、812、820、826、844、850、858及864中的第一磁阻区段884可具有不同的长度，如图8中所描绘。类似地，每一电阻器804、812、820、826、844、850、858及864中的第二磁阻区段886也可具有不同的长度。每一电阻器804、812、820、826、844、850、858及864中的第三磁阻区段892(如果存在)可具有不同的长度。第一磁阻区段884、第二磁阻区段886及第三磁阻区段892的不同长度可达成高效的布局，其中第一惠斯通电桥802及第二惠斯通电桥842布置在中心区周围，这可有利于减小由于不均匀外部磁场所致的测量误差。

图9是形成集成式AMR传感器的实例性方法的流程图。集成式AMR传感器可具有参考图1中所描述的配置。形成集成式AMR传感器900的一些方法步骤可在数字计算机或其它计算装置上实施。可在无电子工具辅助的情况下(例如使用纸上计算)实施一些步骤。可使用微电子制造装备(例如，半导体制造线)实施一些步骤。可以与图9中所展示的次序不同的另一次序实施方法900所描述的步骤。

步骤902包含输入集成式AMR传感器的电阻器的磁阻区段的尺寸。就具有矩形棱柱形状的磁阻区段来说，尺寸可包含在电流流过磁阻区段的方向上延伸的长度、垂直于长度横向延伸的宽度及垂直于长度及宽度在垂直方向上延伸的厚度。对于具有椭圆柱形状的磁阻区段来说，尺寸可包含在电流流过磁阻区段的方向上延伸的长轴、垂直于长度横向延伸的短轴及垂直于长度及宽度在垂直方向上延伸的厚度。对于具有另一形状的磁阻区段来说，尺寸可经选择以在后续步骤中计算由于形状各向异性所致的角度误差。电阻器的磁阻区段的尺寸可经选择以满足数个标准，例如提供所预期外部磁场的高于集成式AMR传感器的检测电路的噪声水平的充分信号；与制作集成式AMR传感器的制造设施中所使用的薄膜工艺兼容；及与制作集成式AMR传感器的制造设置中所使用的薄光刻工艺及蚀刻工艺兼容。可通过减小磁阻区段的宽度来实现提供充分信号的标准，而可通过增大宽度来实现与薄光刻工艺及蚀刻工艺兼容的标准。

步骤904包含为磁阻区段中的每一者指派倾斜角。就每一磁阻区段来说，倾斜角可描述磁阻区段的长度相对于含有所述磁阻区段的电阻器的参考角度的角度。

步骤906包含通过具有磁阻区段的集成式AMR传感器来估计测量外部磁场时由于形状各向异性所致的角度误差，其中所述磁阻区段具有步骤902及904所提供的尺寸及倾斜角。在步骤906的一个实施方案中，可估计每一磁阻区段的消磁因子N将磁阻区段的能量最小化，将所述能量表达为E＝(1/2)μ_oM·[N]M-μ_oM·H

其中：

μ_o是自由空间的磁容率

E是磁阻区段的能量

M是磁阻区段的磁化向量

[N]是磁阻区段的尺寸的元素特性的对角线消磁矩阵，

H是外部磁场，表达为向量，且运算符指示所述向量的内积，从而产生标量；内积有时被称为“点积”。

在步骤906的一个实施方案中，可使用应用物理学报83,3432 1998中阿哈罗尼(Aharoni)的“矩形铁磁棱柱的消磁因子(Demagnetizing factors for rectangularferromagnetic prisms)”所描述的方法来估计对角线消磁矩阵[N]的元素。在另一实施方案中，可使用数字计算机使用有限元素分析方法或其它材料模型化方法来估计对角线消磁矩阵[N]的元素。在步骤906的另一实施方案中，可使用将材料性质模型化的计算机程序来估计每一磁阻区段的磁化向量M的定向。

估计磁阻区段的电阻是磁化向量M与沿着磁阻区段的长度的电流流动方向之间的角度θ的函数：

R＝R_⊥+(R_||-R_⊥)cos²θ

其中：

R是磁阻区段的电阻，

R_⊥是在M垂直于电流流动方向时磁阻区段的电阻，且

R_||是在M平行于电流流动方向时磁阻区段的电阻。

集成式AMR传感器的每一电阻器的电阻可包含电阻器中的磁阻区段的经估计电阻的和。就含有两个惠斯通电桥的集成式AMR传感器的实施方案来说，如参考图1所描述，可估计每一惠斯通电桥的信号是在对惠斯通电桥的偏置端子施加偏置时惠斯通电桥的感测端子处的电势之间的差。可例如使用反正切函数来组合惠斯通电桥的信号，以估计外部磁场的定向。可估计由于形状各向异性所致的角度误差是外部磁场的定向与来自集成式AMR传感器的外部磁场的经估计定向之间的差。针对外部磁场的多个定向估计由于形状各向异性所致的角度误差，所述多个定向覆盖在集成式AMR传感器的操作期间所预期的一系列定向，例如从零度到360度。

步骤908是决策步骤，其包含对在步骤906处经估计由于形状各向异性所致的角度误差的最大值与目标值(例如，0.04度)进行比较。如果最大经估计角度误差不小于目标值，那么图9中标记为“假”的分支可任选地走向步骤910。另一选择为，如果最大经估计角度误差不小于目标值，那么方法900可例如在步骤904处重新开始。如果最大经估计角度误差小于目标值，图9中标记为“真”的分支走向步骤912。

步骤910包含调整磁阻区段的倾斜角的值以提供减小的经估计最大角度误差。在步骤910的一个实施方案中，对倾斜角值的调整可受步骤906的结果影响。在另一实施方案中，可从一组预定值(例如，横跨一系列倾斜角的一组值)选择对倾斜角值的调整。后续到步骤910的迭代可实施两个实施方案。在调整倾斜角值之后，方法900返回到步骤906以使用所调整的倾斜角值来估计角度误差。

步骤912包含任选地存储与小于目标值的经估计最大角度误差对应的倾斜角的值。可将倾斜角值存储在例如计算机可读媒体中，例如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、非暂时性存储器(例如快闪存储器)、铁电随机存取存储器(FRAM)、或磁阻随机存取存储器(MRAM)、磁盘(有时被称为硬盘或硬盘驱动器)、可移除磁盘(有时被称为软盘)、磁带或光学可记录存储器媒体，例如可记录光盘(CD-R)或可记录数字视频盘(DVD-R)。另一选择为，倾斜角值可存储在非电子媒体中，例如印刷纸。

在步骤912之后，步骤914包含调用步骤912中所存储的倾斜角值。可通过与在步骤912中存储倾斜角值的系统不同的系统来调用倾斜角值。可将所调用的倾斜角值传送到另一存储媒体，或可在方法900的后续步骤中立即使用。

步骤916包含使用所调用的倾斜角值制造集成式AMR传感器。通过以下步骤形成集成式AMR传感器：形成具有第一参考方向的第一电阻器，所述第一电阻器具有：第一磁阻区段，其具有相对于第一参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其具有相对于所述第一参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向；以及形成具有第二参考方向的第二电阻器，所述第二参考方向与第一参考方向垂直，所述第二电阻器具有：第一磁阻区段，其具有相对于第二参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其具有相对于第二参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向。

在步骤916的一个实施方案中，可使用所调用的倾斜角值来形成光掩模，随后可使用所述光掩模来在磁阻材料层上方界定蚀刻掩模，以随后形成磁阻区段。在此实施方案中，倾斜角值可符合与光掩模制造装备及工艺兼容的另一标准；光掩模制造装备及工艺的角度分辨率可受限制。

在另一实施方案中，可在无掩模光刻工艺(例如，电子束光刻)中使用所调用的倾斜角值来界定蚀刻掩模。在另一实施方案中，可使用所调用的倾斜角值来直接通过加成工艺(例如，三维(3D)印刷)形成磁阻区段。在此实施方案中，倾斜角值可符合与无掩模光刻工艺或3D印刷工艺兼容的另一标准。

可按照步骤916的执行方案的一部分形成多个集成式AMR传感器。举例来说，可在单个半导体晶片上制造集成式AMR传感器的多个例子，且可在微电子制造设施中按照群组或批次制造多个此类晶片。

可以诸多方式实施实例性实施例，包含过程、设备、系统、装置、计算机可读媒体中的程序指令或方法。

可对所描述的实施例做出修改，且其它实施例可在权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种集成式各向异性磁阻传感器，其包括：

第一电阻器，其具有第一参考方向；

所述第一电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向；

第二电阻器，其具有与所述第一参考方向垂直的第二参考方向，所述第二电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；以及

所述第一电阻器的所述第一磁阻区段以及所述第一电阻器的所述第二磁阻区段之间的连接，其中所述连接不包括一组磁阻区段；

其中所述第一倾斜角具有正值，且所述第二倾斜角具有负值，其中所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的角度误差得以抵消。

2.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中：

所述第一电阻器串联电耦合在第一偏置端子与感测端子之间；且

所述第二电阻器串联电耦合在所述感测端子与第二偏置端子之间。

3.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其进一步包括：

第三电阻器，其具有与所述第一参考方向垂直的第三参考方向，所述第三电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第三参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第三参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；以及

第四电阻器，其具有与所述第三参考方向垂直的第四参考方向，所述第四电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第四参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第四参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向。

4.根据权利要求3所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中：

所述第一电阻器串联电耦合在第一偏置端子与第一感测端子之间；

所述第二电阻器串联电耦合在所述第一感测端子与第二偏置端子之间；

所述第三电阻器串联电耦合在所述第一偏置端子与第二感测端子之间；且

所述第四电阻器串联电耦合在所述第二感测端子与所述第二偏置端子之间。

5.根据权利要求3所述的集成式各向异性磁阻传感器，其进一步包括：

第五电阻器，其具有相对于所述第一参考方向定向成45度的第五参考方向，所述第五电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第五参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第五参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；

第六电阻器，其具有与所述第五参考方向垂直的第六参考方向，所述第六电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第六参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第六参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；

第七电阻器，其具有与所述第五参考方向垂直的第七参考方向，所述第七电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第七参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第七参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；以及

第八电阻器，其具有与所述第七参考方向垂直的第八参考方向，所述第八电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第八参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第八参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向。

6.根据权利要求5所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中：

所述第一电阻器串联电耦合在第一偏置端子与第一感测端子之间；

所述第二电阻器串联电耦合在所述第一感测端子与第二偏置端子之间；

所述第三电阻器串联电耦合在所述第一偏置端子与第二感测端子之间；

所述第四电阻器串联电耦合在所述第二感测端子与所述第二偏置端子之间；

所述第五电阻器串联电耦合在第三偏置端子与第三感测端子之间；

所述第六电阻器串联电耦合在所述第三感测端子与第四偏置端子之间；

所述第七电阻器串联电耦合在所述第三偏置端子与第四感测端子之间；且

所述第八电阻器串联电耦合在所述第四感测端子与所述第四偏置端子之间。

7.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的经估计最大角度误差小于0.04度。

8.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中所述第一倾斜角的量值等于所述第二倾斜角的量值。

9.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中所述第一磁阻区段具有平行于所述第一电流流动方向的相等长度，且所述第二磁阻区段具有平行于所述第二电流流动方向的相等长度。

10.根据权利要求1所述的集成式各向异性磁阻传感器，其中：

所述第一磁阻区段具有平行于所述第一电流流动方向的第一长度及横向地垂直于所述第一长度的第一宽度，且其中所述第一磁阻区段中的每一者的所述第一长度对所述第一宽度的比率大于10；且

所述第二磁阻区段具有平行于所述第二电流流动方向的第二长度及横向地垂直于所述第二长度的第二宽度，且其中所述第二磁阻区段中的每一者的所述第二长度对所述第二宽度的比率大于10。

11.一种集成式各向异性磁阻传感器，其包括：

第一电阻器，其具有第一参考方向；

所述第一电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向；以及

第二电阻器，其具有与所述第一参考方向垂直的第二参考方向，所述第二电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；

其中所述第一倾斜角具有正值，且所述第二倾斜角具有负值，其中所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的角度误差得以抵消，

其中：

所述第一倾斜角具有+12度到+18度的值；

所述第二倾斜角具有-12度到-18度的值；

除所述第一磁阻区段及所述第二磁阻区段之外，所述第一电阻器及所述第二电阻器中的每一者均不具有额外磁阻区段；且

所述第一磁阻区段的总电阻与所述第二磁阻区段的总电阻是均衡的以抵消所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的角度误差。

12.一种集成式各向异性磁阻传感器，其包括：

第一电阻器，其具有第一参考方向；

所述第一电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第一参考方向定向成第二倾斜角的第二电流流动方向；以及

第二电阻器，其具有与所述第一参考方向垂直的第二参考方向，所述第二电阻器包括：第一磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第一倾斜角的第一电流流动方向；及第二磁阻区段，其各自具有相对于所述第二参考方向定向成所述第二倾斜角的第二电流流动方向；

其中所述第一倾斜角具有正值，且所述第二倾斜角具有负值，其中所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的角度误差得以抵消，

其中：

所述第一电阻器包括第三磁阻区段，所述第三磁阻区段各自具有相对于所述第一参考方向定向成零度的第三电流流动方向，其中，在所述第一电阻器中，所述第一磁阻区段的顶部一者连接到所述第三磁阻区段的顶部一者，所述第二磁阻区段的顶部一者连接到所述第三磁阻区段的所述顶部一者，所述第一磁阻区段的底部一者连接到所述第三磁阻区段的底部一者，且所述第二磁阻区段的底部一者连接到所述第三磁阻区段的所述底部一者；

所述第二电阻器包括第三磁阻区段，所述第三磁阻区段各自具有相对于所述第二参考方向定向成零度的第三电流流动方向；

所述第一倾斜角具有+16度到+24度的值；

所述第二倾斜角具有-16度到-24度的值；

除所述第一磁阻区段、所述第二磁阻区段及所述第三磁阻区段之外，所述第一电阻器及所述第二电阻器中的每一者均不具有额外磁阻区段；且

所述第一磁阻区段的总电阻、所述第二磁阻区段的总电阻及所述第三磁阻区段的总电阻是均衡的以抵消所述集成式各向异性磁阻传感器的由于形状各向异性所致的角度误差。

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