CN110794348B - 磁场感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁场感测装置，包括磁通集中器以及多个单方向磁阻传感器。磁通集中器具有相对的第一、第二端部。这些单方向磁阻传感器具有相同的钉扎方向且设置于磁通集中器旁。这些单方向磁阻传感器还包括多个第一、第二单方向磁阻传感器。这些第一单方向磁阻传感器设置于第一端部旁，且还包括分别设置于第一端部相对两侧的第一、第三部分。第一、第三部分耦接成第一惠司同全桥。这些第二单方向磁阻传感器设置于第二端部旁，且还包括分别设置于第二端部相对两侧的第二、第四部分。第二、第四部分耦接成第二惠司同全桥。

Description

磁场感测装置

技术领域

本发明涉及一种磁场感测装置。

背景技术

随着科技的发展，具有导航与定位功能的电子产品也越来越多样化。电子罗盘在车用导航、飞航以及个人手持式装置的应用领域中提供了相当于传统罗盘的功能。而为了实现电子罗盘的功能，磁场感测装置变成了必要的电子元件。

为了达到单轴的感测，一般来说会将巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)多层膜结构或穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance,TMR)多层膜结构构成惠斯通全桥，并使这些磁阻多层膜结构的钉扎方向设计有两个互为反平行的钉扎方向(pinningdirection)。举例来说，为了要达到三轴的感测，则需要六个两两互为反平行的钉扎方向。然而，要在晶圆上的反铁磁层(antiferromagnetic layer)设计出不同的钉扎方向会导致制造困难，而产生额外成本，并使得钉扎层稳定度降低。

发明内容

本发明提供一种磁场感测装置，其制造简单、生产成本低且具有良好的稳定性。

本发明的一实施例中提供一种磁场感测装置，包括磁通集中器以及多个单方向磁阻传感器。磁通集中器具有相对的第一端部与第二端部。这些单方向磁阻传感器具有相同的钉扎方向。这些单方向磁阻传感器设置于磁通集中器旁。这些单方向磁阻传感器还包括多个第一单方向磁阻传感器与多个第二单方向磁阻传感器。这些第一单方向磁阻传感器设置于第一端部旁，且这些第一单方向磁阻传感器还包括分别设置于第一端部相对两侧的第一部分与第三部分。第一部分与第三部分耦接成第一惠司同全桥。这些第二单方向磁阻传感器设置于第二端部旁。这些第二单方向第二磁阻传感器还包括分别设置于第二端部相对两侧的第二部分与第四部分，且第二部分与第四部分耦接成第二惠司同全桥。

在本发明的一实施例中，上述的磁场感测装置还包括计算器，耦接于这些磁阻传感器。第一惠司同全桥受一外来磁场影响而输出一第一电信号。第二惠司同全桥受此外来磁场影响而输出第二电信号。计算器根据第一电信号与第二电信号而决定此外来磁场在二不同方向上的磁场分量。

在本发明的一实施例中，上述的这些磁阻传感器还包括多个第三单方向磁阻传感器。这些第三单方向磁阻传感器设置于磁通集中器旁。磁通集中器还包括中间部。中间部位于第一端部与第二端部之间，且与第一端部与第二端部连接。这些第三单方向磁阻传感器的至少一部分与中间部重叠设置。

在本发明的一实施例中，上述的磁场感测装置还包括分时切换电路，耦接于这些磁阻传感器。在第一时间区间内，分时切换电路将第一部分与第三部分耦接成第一惠司同全桥，且将第二部分与第四部分耦接成第二惠司同全桥，以使计算器根据第一电信号与第二电信号而决定此外来磁场在此二不同方向上的磁场分量。在第二时间区间内，分时切换电路从第一部分、第二部分、第三部分与第四部分中选出至少一部分的单方向磁阻传感器与这些第三单方向磁阻传感器耦接成第三惠司同全桥。第三惠司同全桥受此外来磁场影响而输出一第三电信号。计算器根据第三电信号而决定此外来磁场在另一方向上的磁场分量，其中此另一方向上的磁场分量不同于此二不同方向的磁场分量。

在本发明的一实施例中，上述的这些第三单方向磁阻传感器还包括第五部分与第六部分。第五部分与中间部重叠设置，且第六部分还包括二第六子部分。此二第六子部分分别设置于中间部的相对两侧且不与中间部重叠设置。

在本发明的一实施例中，上述的磁场感测装置还包括分时切换电路，耦接于这些磁阻传感器。在第一时间区间内，分时切换电路将第一部分与第三部分耦接成第一惠司同全桥，且将第二部分与第四部分耦接成第二惠司同全桥，以使计算器根据第一电信号与第二电信号而决定此外来磁场在二不同方向上的磁场分量。在第二时间区间内，分时切换电路从第一部分、第二部分、第三部分与第四部分中选出至少一部分的单方向磁阻传感器与这些第三单方向磁阻传感器耦接成第三惠司同全桥。第三惠司同全桥受此外来磁场影响而输出第三电信号。计算器根据第三电信号而决定外来磁场在另一方向上的磁场分量，其中此另一方向上的磁场分量不同于此二不同方向的磁场分量。

在本发明的一实施例中，上述的这些磁阻传感器还包括多个第三单方向磁阻传感器。这些第三单方向磁阻传感器设置于磁通集中器旁且包括第五部分与第六部分。磁通集中器具有二短边与二长边。二短边中的任一者与此二长边连接。第一端部与第二端部分别包括二长边的一部分与二短边中的一者。第一部分与第三部分分别设置于属于第一端部的二长边旁。第二部分与第四部分分别设置于属于第二端部的二长边旁。第五部分设置于属于第一端部的短边旁且不与第一端部重叠设置。第六部分设置于属于第二端部的短边旁且不与第二端部重叠设置。

在本发明的一实施例中，上述的磁场感测装置还包括分时切换电路，耦接于这些磁阻传感器。在第一时间区间内，分时切换电路将第一部分与第三部分耦接成第一惠司同全桥，且将第二部分与第四部分耦接成第二惠司同全桥，以使计算器根据第一电信号与第二电信号而决定此外来磁场在此二不同方向上的磁场分量。在第二时间区间内，分时切换电路将第五部分与该六部分耦接成一第三惠司同全。第三惠司同全桥依据此外来磁场而输出一第三电信号。计算器根据第三电信号而决定此外来磁场在另一方向上的磁场分量，其中此另一方向上的磁场分量不同于此二不同方向的磁场分量。

在本发明的一实施例中，上述的磁场感测装置还包括单方向磁场感测元件，耦接于该计算器。单方向磁场感测元件受此外来磁场影响而输出一第三电信号。计算器根据第三电信号决定外来磁场在另一方向上的磁场分量，其中另一方向上的磁场分量不同于此二不同方向的磁场分量。

在本发明的一实施例中，上述的单方向磁阻传感器的种类包括巨磁阻传感器或穿隧磁阻传感器。

基于上述，在本发明实施例的磁场感测装置中，通过这些钉扎方向相同的单方向磁阻传感器的钉扎方向实现多轴感测，因此其制造过程简单、成本较低且具有良好的稳定性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视结构示意图；

图2A、图2B及图2C分别为沿着不同方向的外来磁场施加于图1的磁场感测装置时，外来磁场被磁通集中器转变的磁力线模拟图；

图3A为图1中的单方向磁阻传感器的多层膜结构之立体示意图；

图3B示出图3A的单方向磁阻传感器的钉扎方向与自由层的易磁化轴；

图3C示出图3A中的单方向磁阻传感器于不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻的变化；

图4A至图4C为图1中的磁场感测装置置于不同方向的外来磁场的示意图；

图5A至图7A是本发明不同实施例的磁场感测装置的在第一时间区间的上视示意图；

图5B至图7B分别是图5A与图7A的磁场感测装置在第二时间区间的上视示意图；

图8是本发明另一实施例的磁场感测装置的上视示意图。

附图标记说明

100、100a～100d：磁场感测装置

110：磁通集中器

120：单方向磁阻传感器

122：钉扎层

124：受钉扎层

126：间隔层

128：自由层

1201：第一单方向磁阻传感器

1202：第二单方向磁阻传感器

1203：第三单方向磁阻传感器

130：计算器

140：分时切换电路

150：单方向磁场感测元件

C1～C12：接点

D1～D3：方向

E1：钉扎方向

E2：易磁化轴

EP1：第一端部

EP2：第二端部

H、H_D1、H_D2、H_D3：外来磁场

H’：转变后的外来磁场

LE：长边

LE1：上长边

LE2：下长边

MP：中间部

P_X、P_Y、P_Z：位置

P1：第一部分

P2：第二部分

P3：第三部分

P4：第四部分

P5、P5c：第五部分

P6、P6c：第六部分

SP6：第六子部分

R：电阻

FWH1：第一惠司同全桥

FWH2：第二惠司同全桥

FWH3、FWH3b、FWH3c：第三惠司同全桥

S：基板

SD：感测方向

SE：短边

SE1：左短边

SE2：右短边

具体实施方式

为了方便说明本发明实施例的磁场感测装置的配置方式，磁场感测装置可被视为处于由方向D1、D2、D3构成的一空间内，且上述方向D1、D2、D3两两互为垂直。

图1为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视结构示意图。图2A、图2B及图2C分别为沿着不同方向的外来磁场施加于图1的磁场感测装置时，外来磁场被磁通集中器转变的磁力线模拟图。图3A为图1中的单方向磁阻传感器的多层膜结构的立体示意图。图3B示出图3A的单方向磁阻传感器的钉扎方向与自由层的易磁化轴。图3C示出图3A中的单方向磁阻传感器于不同方向的外来磁场的作用下及没有外来磁场的情况下电阻的变化。

在本实施例中，磁场感测装置100包括基板S、磁通集中器110、多个单方向磁阻传感器120以及计算器130。于以下的段落中会详细地说明上述各元件。

在本发明的实施例中，基板S例如是空白的硅基板(blank silicon)、玻璃基板或具有集成电路(integrated-circuit)的硅基板，本发明不以此为限。于本实施例中，方向D1、D2例如是与基板S的表面平行的方向，而方向D3例如是与基板S的表面垂直的方向。

在本发明的实施例中，磁通集中器110是指其能够将磁场的磁力线集中的元件。磁通集中器110的材料例如是具有高导磁率的铁磁材料，其例如为镍铁合金、钴铁或钴铁硼合金、铁氧磁体或其他高导磁率材料，本发明不以此为限。于以下的段落中会简要地说明不同方向的外来磁场如何被磁通集中器110影响。

请先参照图2A，当施加一个沿着方向D1的外来磁场H_D1时，由于受到磁通集中器110的作用，单方向磁阻传感器120的所在位置P_X处的磁场被转变为具有方向D2(即平行于方向D2)的分量的磁场，因此磁场感测装置100可通过单方向磁阻传感器120在方向D2上感测到外来磁场的大小，来判断在方向D1上的外来磁场的大小。

请再参照图2B，当施加一个沿着方向D2的外来磁场H_D2时，受到磁通集中器110的作用，单方向磁阻传感器120的所在位置P_Y处的磁场方向仍然维持实质上平行于方向D2(即平行于方向D2)的方向上。

请再参照图2C，当施加一个沿着方向D3的外来磁场H_D3时，由于受到磁通集中器110的作用，单方向磁阻传感器120的所在位置P_Z处的外来磁场方向被转变至具有方向D2分量的磁场，因此磁场感测模组100可通过单方向磁阻传感器120在方向D2上感测到方向D2磁场分量的大小，来判断在方向D3上的外来磁场的大小。

在本发明的实施例中，单方向磁阻传感器120指其电阻可经由外来磁场变化而对应改变的传感器，其种类包括巨磁阻传感器或穿隧磁阻传感器。请参照图3A至图3C，在本实施例中，单方向磁阻传感器120包括钉扎层(pinning layer)122、受钉扎层(pinned layer)124、间隔层(spacer layer)126及自由层(free layer)128。钉扎层122固定了受钉扎层124的磁化方向(magnetization direction)，即为钉扎方向E1，而自由层128的易磁化轴E2的方向则可与钉扎方向E1实质上垂直。当单方向磁阻传感器120为巨磁阻传感器时，间隔层126的材质为非磁性金属(non-magnetic metal)。此外，当单方向磁阻传感器120为穿隧磁阻传感器时，间隔层126的材质为绝缘材质。应注意的是，在本实施例中，所谓的“单方向”是指这些磁阻传感器的钉扎方向E1为同一个方向，其例如是方向D2。

图3C中的曲线图表现了单方向磁阻传感器120的电阻R相对于外来磁场H的变化。如图3C的左上图所示，当单方向磁阻传感器120被施加一与钉扎方向E1同向的外来磁场H时，其电阻R会下降，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值，其中此钉扎方向即为单方向磁阻传感器120的感测方向SD。如图3C的左下图所示，当单方向磁阻传感器120被施加一与钉扎方向E1相反方向的外来磁场H时，其电阻R会上升，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。如图3C的右上图所示，当单方向磁阻传感器120被施加一与钉扎方向E1垂直的外来磁场H时，其电阻R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。另外，如图3C的右下图所示，当单方向磁阻传感器120没有被施加磁场时，其电阻R维持不变，即曲线图中黑圆点所对应的电阻R的数值。

在本发明的实施例中，计算器130系泛指会接收电信号而对电信号做出不同数学运算的元件，其例如是可进行加法、减法、乘法、除法或其组合，或者是进行其他不同种类的数学运算，本发明并不以此为限。

在简要地说明完上述各元件的功能之后，于以下的段落中会详细的说明各元件之间的配置关系。

请参照图1，于本实施例中，磁通集中器110具有第一、第二端部EP1、EP2以及中间部MP。第一端部EP1相对于第二端部EP1，其中第一端部EP1例如是左端部，第二端部EP2例如是右端部，但不以此为限。又，每一个端部EP1、EP2皆具有相对的上、下两侧。中间部MP与第一、第二端部EP1、EP2连接。更具体来说，磁通集中器110例如是矩形，其具有相对的二短边SE与二长边LE，二短边SE中的任一者与二长边LE连接。第一端部EP1包括左短边SE1以及上长边LE1与下长边LE2两边的左部分。第二端部EP2包括右短边SE2以及上长边LE1与下长边LE2两边的右部分。

请再参照图1，大体上来说，这些单方向磁阻传感器120设置于磁通集中器110旁。依据设置位置的不同，这些单方向磁阻传感器120可被分为多个第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202。详细来说，这些第一单方向磁阻传感器1201设置于第一端部EP1旁，且再更依据设置位置的不同，这些第一单方向磁阻传感器1201又被分为第一、第三部分P1、P3，其中第一、第三部分P1、P3分设于第一端部EP1的相对两侧(上、下两侧)，且分设于属于第一端部EP1的上长边LE1、下长边LE2旁。类似地，这些第二单方向磁阻传感器1202则设置于第二端部EP2旁，且再更依据设置位置的不同，这些第二单方向磁阻传感器1202又被分为第二、第四部分P2、P4，其中第二、第四部分P2、P4分设于第二端部EP2的相对两侧(上、下两侧)，且分设于属于第二端部EP2的上长边LE1、下长边LE2旁。

请再参照图1，在本实施例中，第一、第三部分P1、P3耦接成第一惠司同全桥FWH1，而第二、第四部分P2、P4部分则耦接成第二惠司同全桥FWH2。也就是说，位于不同端部EP1、EP2旁的多个第一、多个第二单方向磁阻传感器1201、1202分别耦接成两个惠司同全桥FWH1、FWH2。计算器130与第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2耦接，并用以接收来自第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2的电信号。

在说明完上述各元件的配置之后，于以下的段落中会详细的说明磁场感测装置100如何测量不同方向上的磁场分量。

图4A至图4C为图1中的磁场感测装置置于不同方向的外来磁场的示意图。

请同时参照图2A与图4A，当磁场感测装置100置于磁场方向为方向D1的外来磁场H_D1中时，外来磁场H_D1会因为磁通集中器110的影响而其方向。也就是说，外来磁场H_D1的磁场方向会由原先的方向D1转变成在方向D2上或在方向D2的反方向上的磁场(转变后的磁场标示为H’)，而位于不同位置的单方向磁阻传感器120则会因为不同的磁场方向会有不同的电阻变化。

详细来说，第一、第四部分P1、P4(左上、右下部分)会因为磁通集中器110的关系而感测到磁场方向为方向D2的反方向的磁场分量，又，单方向磁阻传感器120的钉扎方向E1都是方向D2，因此第一、第四部分P1、P4中的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202因为“被转变的外来磁场H_D1的磁场方向”与“钉扎方向E1”两方向互为反平行而导致其电阻值产生正ΔR的变化，其中ΔR大于0。

反之，第二、第三部分P2、P3(右上、左下部分)会因为磁通集中器110的关系感测到磁场方向为方向D2的磁场分量，又，单方向磁阻传感器120的钉扎方向E1都是方向D2，因此第二、第三部分P2、P3中的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202会因为“被转变的外来磁场H_D1的磁场方向”与“钉扎方向E1”两方向互为平行而导致其电阻值产生负ΔR的变化，其中ΔR大于0。

因此，由于第一惠司同全桥FWH1中的第一、第三部分P1、P3的电阻变化(第一部分P1的电阻值变化为正、第三部分P3的电阻值变化为负)与第二惠司同全桥FWH2中的第二、第四部分P2、P4的电阻变化(第二部分P2的电阻值变化为负、第四部分P4的电阻值变化为正)彼此互为相反，因此第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2两者所分别输出的第一、第二电信号的信号方向互为反向。计算器130根据第一、第二电信号进行减法运算，并根据减法运算结果来判断外来磁场H_D1在方向D1上的大小与正负值。

请同时参照图2B与图4B，当磁场感测装置100置于磁场方向为方向D2的外来磁场H_D2中时，大体来说，外来磁场H_D2并不太会被磁通集中器110影响而改变而其方向。因此，第一至第四部分P1～P4中的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202的钉扎方向E1与外来磁场H_D2的方向两方向互为平行，而导致每一个单方向磁阻传感器120的电阻值皆产生负ΔR的变化，其中ΔR大于0。

因此，由于用来构成两个惠司同全桥FWH1、FWH2的磁阻传感器120的电阻变化都一样，也就是说，在每一个惠司同全桥FWH1、FWH2中的两电压输出端之间所量测到的电压差信号为0，外来磁场H_D2的大小不会被第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2的架构感测到。

请同时参照图2C与图4C，当磁场感测装置100置于磁场方向为方向D3的外来磁场H_D3中时，外来磁场H_D3会因为磁通集中器110的影响而其方向。也就是说，外来磁场H_D3的磁场方向会由原先的方向D2转变成在方向D2上或在方向D2的反方向上的磁场，而位于不同位置的单方向磁阻传感器120则会因为不同的磁场方向会有不同的电阻变化。

详细来说，第一、第二部分P1、P2(左上、右上部分)会因为磁通集中器110的关系而感测到磁场方向为方向D2的反方向的磁场分量，又，单方向磁阻传感器120的钉扎方向E1都是方向D2，因此第一、第二部分P1、P2中的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202因为“被转变的外来磁场H_D3的磁场方向”与“钉扎方向E1”两方向互为反平行而导致其电阻值产生正ΔR的变化，其中ΔR大于0。

请参照图4C，并对照图2C，反之，第三、第四部分P3、P4(左下、右下部分)会因为磁通集中器110的关系感测到磁场方向为方向D2的磁场分量，又，单方向磁阻传感器120的钉扎方向E1都是方向D2，因此第三、第四部分P3、P4中的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202会因为“被转变的外来磁场H_D3的磁场方向”与“钉扎方向E1”两方向互为平行而导致其电阻值产生负ΔR的变化，其中ΔR大于0。

因此，由于第一惠司同全桥FWH1中的第一、第三部分P1、P3的电阻变化(第一部分P1的电阻值变化为正、第三部分P3的电阻值变化为负)与第二惠司同全桥FWH2中的第二、第四部分P2、P4的电阻变化(第二部分P2的电阻值变化为正、第四部分P4的电阻值变化为负)彼此相同，因此第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2两者所分别输出的第一、第二电信号的信号方向互为同向。计算器130根据第一、第二电信号进行加法运算，并根据加法运算结果来判断外来磁场H_D3在方向D3上的大小与正负值。

承上述，在本实施例的磁场感测装置100中，由于这些单方向磁阻传感器120的钉扎方向E1皆设计为同一方向，因此其制造过程简单，成本较低且具有良好的稳定性。并且，磁场感测装置100将这些单方向磁阻传感器120分别设置于磁通集中器110相对两端部旁EP1、EP2而分别形成两个惠司同全桥FWH1、FWH2，并通过两个惠司同全桥FWH1、FWH2因外在磁场影响而输出的电信号以实现多轴感测(例如是两轴感测，即可决定外来磁场在二不同方向D1、D3上的磁场分量)。由于第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2的电路架构分布于对应的端部EP1、EP2区域，因此其电路架构较为简单而不复杂，可有效地降低制造成本。

在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的部分内容，省略了相同技术内容的说明，关于相同的元件名称可以参考前述实施例的部分内容，下述实施例不再重复赘述。此外，为了清楚地显示图面，下方段落所述及的图中省略部分与先前实施例相同的元件的标号。

图5A至图7A是本发明不同实施例的磁场感测装置的在第一时间区间的上视示意图。图5B至图7B分别是图5A与图7A的磁场感测装置在第二时间区间的上视示意图。图8是本发明另一实施例的磁场感测装置的上视示意图。

请参照图5A，图5A的磁场感测装置100a大致上类似于图1的磁场感测装置100，其主要差异在于：磁场感测装置100a还包括分时切换电路140，其中分时切换电路140耦接于这些单方向磁阻传感器120，且用以切换这些单方向磁阻传感器120的之间的接点的至少一部分而改变这些磁阻传感器120之间的电路接法，以形成与第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2不同的架构的另一惠司同全桥。在本实施例中，这些磁阻传感器120还包括多个第三单方向磁阻传感器1203。在本实施例中，这些第三单方向磁阻传感器1203与中间部MP重叠设置。

在本实施例中，磁场感测装置100a可通过分时切换电路140而在不同的时间区间内切换这些单方向磁阻传感器120之间的电路接法，而可量测到方向D1～D3的磁场分量。换言之，本实施例的磁场感测装置100a可实现三轴感测。可于以下的段落中会分段说明磁场感测装置100a如何量测方向D1～D3的磁场分量。

请参照图5A，在第一时间区间内，分时切换电路140将这些第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202分别形成两个惠司同全桥FWH1、FWH2，而量测方向D1、D3的磁场分量。磁场感测装置100a量测方向D1、D3上的磁场分量的原理大致上类似于图1的磁场感测装置100，于此不在赘述。

请参照图5B，在第二时间区间内，分时切换电路140可从第一至第四部分P1～P4中选出至少一部分的单方向磁阻传感器120而与这些第三单方向磁阻传感器1203耦接成第三惠司同全桥FWH3。举例而言，分时切换电路140例如是选择第一、第三部分P1、P3中最靠近第三单方向磁阻传感器1203的两个第一单方向磁阻传感器1201进行耦接全桥的动作。

请参照图5B，并对照图2B，当磁场感测装置100a置于磁场方向为方向D2的外来磁场H_D2中时，由于第三单方向磁阻传感器1203被磁通集中器110屏蔽，而不会感测到外来磁场H_D2，而两个第一单方向磁阻传感器1201则因外来磁场H_D2影响而导致其电阻值产生负ΔR的变化。因此，当第三惠司同全桥FWH3受外来磁场H_D2影响时，这些第三单方向磁阻传感器1203的电阻值是没有变化的，而此两个第一单方向磁阻传感器1201a电阻值产生负ΔR的变化，因此在第三惠司同全桥FWH3中的两电压输出端之间所量测到的电压差信号(即第三电信号)是为一非零的电信号，也就是说，外来磁场H_D2的大小可被第三惠司同全桥FWH3的架构感测到。计算器130再根据此第三电信号来判断外来磁场H_D2在方向D2上的大小与正负值。

承上述，于其他的实施例中，分时切换电路140也可以选择其他的第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202并与这些第三单方向磁阻传感器1203以耦接成第三惠司同全桥FWH3，本发明并不以此为限。

请参照图6A，图6A的磁场感测装置100b大致上类似于图5A的磁场感测装置100a，其主要差异在于：在磁场感测装置100b中，依据设置位置的不同，这些第三单方向磁阻传感器1203可被分为第五、第六部分P5、P6。第六部分P6又包括二个第六子部分SP6。第五部分P5与中间部MP重叠设置，而二第六子部分SP6分别设置于中间部MP的相对两侧(上、下两侧)旁且不与中间部MP重叠设置。

请参照图6A，在第一时间区间内，分时切换电路140将这些第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202分别形成两个惠司同全桥FWH1、FWH2，而量测方向D1、D3的磁场分量。磁场感测装置100a量测方向D1、D3上的磁场分量的原理大致上类似于图1的磁场感测装置100，于此不在赘述。

请参照图6B，在第二时间区间内，分时切换电路140将第五、第六部分P5、P6耦接成第三惠司同全桥FWH3b。基于类似于图5B的磁场感测装置100a的原理，当第三惠司同全桥FWH3b受外来磁场H_D2影响时，第三惠司同全桥FWH3b中的属于第六部分P6的第三单方向磁阻传感器1203会因为外来磁场H_D2而改变电阻值，而属于第五部分P5的则否，因此第三惠司同全桥FWH3b可输出一非零的第三电信号。计算器130再根据此第三电信号来判断外来磁场H_D2在方向D2上的大小与正负值。

请参照图7A，图7A的磁场感测装置100c大致上类似于图6A的磁场感测装置100b，其主要差异在于：这些第三单方向磁阻传感器1203的设置位置不同。详细来说，这些第三单方向磁阻传感器1203包括第五、第六部分P5c、P6c。第五部分P5c设置于属于第一端部EP1的短边(即左短边SE1)旁且不与第一端部EP1重叠设置，而第六部分P6c设置于属于第二端部EP2的短边(即右短边SE2)旁且不与第二端部EP2重叠设置。

请参照图7A，在第一时间区间内，分时切换电路140将这些第一、第二单方向磁阻传感器1201、1202分别形成两个惠司同全桥FWH1、FWH2，而量测方向D1、D3的磁场分量。磁场感测装置100c量测方向D1、D3上的磁场分量的原理大致上类似于图1的磁场感测装置100，于此不在赘述。

请参照图7B，在第二时间区间内，分时切换电路140将第五、第六部分P5c、P6c耦接成第三惠司同全桥FWH3c。请对照图2B，当第三惠司同全桥FWH3c受外来磁场H_D2影响时，于第五、第六部分P5c、P6c的所在处的外来磁场H_D2会被磁通集中器110所影响而使其磁场方向改变为方向D1，因此这些单方向第三磁阻传感器1203会因为磁通集中器110的关系而感测到在方向D1的磁场，而可使其电阻改变。因此第三惠司同全桥FWH3c可输出一非零的第三电信号。计算器130再根据此第三电信号来判断外来磁场H_D2在方向D2上的大小与正负值。

请参照图8，图8的磁场感测装置100d大致上类似于图1的磁场感测装置100，其主要差异在于：磁场感测装置100d还包括单方向磁场感测元件150，其与计算器130耦接。在上述的说明中，这些单方向磁阻传感器120所构成的第一、第二惠司同全桥FWH1、FWH2用以量测在方向D1、D3上的磁场分量，而单方向磁场感测元件150则用以量测在方向D2上的磁场分量，以使本实施例的磁场感测装置100d实现三轴感测。也就是说，单方向磁场感测元件150可受外来磁场影响而输出电信号(即第三电信号)，而计算器130可依据单方向磁场感测元件150所输出的电信号决定在方向D2上的磁场分量。本领域技术人员可以通过各种不同的磁阻传感器以构成功能上能够量测在方向D2上的磁场分量的单方向磁场感测元件150，本发明并不以此为限。

综上所述，在本发明实施例的磁场感测装置中，由于这些单方向磁阻传感器的钉扎方向皆为同一方向，因此其制造过程简单，成本较低且具有良好的稳定性。并且，磁场感测装置将这些单方向磁阻传感器分别设置于磁通集中器相对两端部旁而分别形成两个惠司同全桥，并通过两个惠司同全桥因外在磁场影响而输出的电信号以实现多轴感测，其电路架构较为简单而不复杂，可有效地降低制造成本。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种磁场感测装置，包括：

磁通集中器，具有相对的第一端部与第二端部；

多个单方向磁阻传感器，具有相同的钉扎方向，所述多个单方向磁阻传感器设置于所述磁通集中器旁，且所述多个单方向磁阻传感器还包括多个第一单方向磁阻传感器与多个第二单方向磁阻传感器；以及

计算器，耦接于所述多个磁阻传感器；以及

单方向磁场感测元件，耦接于所述计算器，

其中，

所述多个第一单方向磁阻传感器设置于所述第一端部旁，且所述多个第一单方向磁阻传感器还包括分别设置于所述第一端部相对两侧的第一部分与第三部分，且所述第一部分与所述第三部分耦接成第一惠司同全桥，

所述多个第二单方向磁阻传感器设置于所述第二端部旁，且所述多个第二单方向第二磁阻传感器还包括分别设置于所述第二端部相对两侧的第二部分与第四部分，且所述第二部分与所述第四部分耦接成一第二惠司同全桥，

所述第一惠司同全桥受外来磁场影响而输出第一电信号，所述第二惠司同全桥受所述外来磁场影响而输出第二电信号，所述计算器根据所述第一电信号与所述第二电信号而决定所述外来磁场在二不同方向上的磁场分量，

所述多个磁阻传感器还包括多个第三单方向磁阻传感器，所述多个第三单方向磁阻传感器设置于所述磁通集中器旁且包括第五部分与第六部分，

所述磁通集中器具有二短边与二长边，所述二短边中的任一者与所述二长边连接，所述第一端部与所述第二端部分别包括所述二长边的一部分与所述二短边中的一者，

所述第一部分与所述第三部分分别设置于属于所述第一端部的所述二长边旁，

所述第二部分与所述第四部分分别设置于属于所述第二端部的所述二长边旁，

所述第五部分设置于属于所述第一端部的所述短边旁且不与所述第一端部重叠设置，

所述第六部分设置于属于所述第二端部的所述短边旁且不与所述第二端部重叠设置，

所述单方向磁场感测元件受所述外来磁场影响而输出第三电信号，所述计算器根据所述第三电信号决定所述外来磁场在另一方向上的磁场分量，其中所述另一方向上的磁场分量不同于所述二不同方向的磁场分量。

2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中，

所述磁通集中器还包括中间部，所述中间部位于所述第一端部与所述第二端部之间，且与所述第一端部与所述第二端部连接，

其中所述多个第三单方向磁阻传感器的至少一部分与所述中间部重叠设置。

3.根据权利要求2所述的磁场感测装置，还包括分时切换电路，耦接于所述多个磁阻传感器，

其中，

在第一时间区间内，所述分时切换电路将所述第一部分与所述第三部分耦接成所述第一惠司同全桥，且将所述第二部分与所述第四部分耦接成所述第二惠司同全桥，以使所述计算器根据所述第一电信号与所述第二电信号而决定所述外来磁场在所述二不同方向上的磁场分量，

在第二时间区间内，所述分时切换电路从所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分与所述第四部分中选出至少一部分的单方向磁阻传感器与所述多个第三单方向磁阻传感器耦接成第三惠司同全桥，所述第三惠司同全桥受所述外来磁场影响而输出第四电信号，所述计算器根据所述第四电信号而决定所述外来磁场在所述另一方向上的磁场分量。

4.根据权利要求2所述的磁场感测装置，其中，

所述第五部分与所述中间部重叠设置，且所述第六部分还包括二第六子部分，所述二第六子部分分别设置于所述中间部的相对两侧且不与所述中间部重叠设置。

5.根据权利要求4所述的磁场感测装置，还包括分时切换电路，耦接于所述多个磁阻传感器，

其中，

在第一时间区间内，所述分时切换电路将所述第一部分与所述第三部分耦接成所述第一惠司同全桥，且将所述第二部分与所述第四部分耦接成所述第二惠司同全桥，以使所述计算器根据所述第一电信号与所述第二电信号而决定所述外来磁场在所述二不同方向上的磁场分量，

在第二时间区间内，所述分时切换电路将所述第五部分与所述第六部分耦接成第三惠司同全桥，所述第三惠司同全桥依据所述外来磁场而输出第四电信号，所述计算器根据所述第四电信号而决定所述外来磁场在所述另一方向上的磁场分量。

6.根据权利要求1所述的磁场感测装置，还包括分时切换电路，耦接于所述多个磁阻传感器，

其中，

在第一时间区间内，所述分时切换电路将所述第一部分与所述第三部分耦接成所述第一惠司同全桥，且将所述第二部分与所述第四部分耦接成所述第二惠司同全桥，以使所述计算器根据所述第一电信号与所述第二电信号而决定所述外来磁场在所述二不同方向上的磁场分量，

在第二时间区间内，所述分时切换电路将所述第五部分与所述第六部分耦接成第三惠司同全桥，所述第三惠司同全桥依据所述外来磁场而输出第四电信号，所述计算器根据所述第四电信号而决定所述外来磁场在所述另一方向上的磁场分量。

7.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其中所述单方向磁阻传感器的种类包括巨磁阻传感器或穿隧磁阻传感器。

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