CN114545304A - 用于通量引导件复位的具有优化线圈配置的磁场传感器 - Google Patents

Abstract

一种传感器结构，包括感测元件、通量引导件和通量引导件复位机构。通量引导件被配置成在平面内引导磁通量，以供感测元件检测。通量引导件复位机构被配置成将通量引导件设置为预定的磁取向。通量引导件复位机构至少包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置成产生第一磁场。第一线圈包括第一线圈段。第二线圈被配置成产生第二磁场。第二线圈包括第二线圈段。通量引导件设置在第一线圈和第二线圈之间。第一线圈段和第二线圈段被配置成使得第一磁场的第一磁场分布与第二磁场的第二磁场分布相对于通量引导件的至少与感测元件重叠的区域是相干的。

Description

用于通量引导件复位的具有优化线圈配置的磁场传感器

技术领域

本公开总体涉及传感器，并且更具体地说，涉及磁场传感器。

背景技术

传感器装置可以包括磁阻传感器，其被配置成检测平面内磁场。另外，传感器装置可以包括通量引导件，用于将平面外场（诸如z轴线场）引导到xy平面中，以由平面内磁阻传感器感测。通量引导件具有优选的均匀磁化取向，以用于最佳z轴线响应。优选的磁化取向可能被干扰，例如，通过暴露于非常大的外部磁场，这可能在通量引导件中引入由磁畴壁分离的磁畴。这可能导致较低的信噪比（SNR）和磁阻传感器偏移读数中的漂移。通量引导件的均匀磁化取向可以通过复位操作来复位。然而，这种复位操作通常依赖于大的操作电流，从而依赖于相对大的电压开销和/或显著的功率消耗。相对大的操作要求倾向于使具有通量引导件复位机构的传感器装置不适合移动和智能电话应用。

发明内容

以下是下文详细描述的某些实施例的概述。呈现所描述的方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施例的简要概述，并且这些方面的描述并不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖下面可能没有明确阐述的各种方面。

根据至少一个方面，传感器结构包括感测元件、通量引导件和通量引导件复位机构。通量引导件被配置成在至少平面中引导磁通量，以供感测元件检测。通量引导件复位机构被配置成将通量引导件设置为预定的磁取向。通量引导件复位机构包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置成产生第一磁场。第二线圈被配置成产生第二磁场。通量引导件被设置在第一线圈和第二线圈之间。第一线圈段和第二线圈段相对于彼此布置成使得第一磁场的第一磁场分布与第二磁场的第二磁场分布相对于通量引导件的与感测元件重叠的至少一部分是相干的。

根据至少一个方面，传感器结构包括感测元件、通量引导件和通量引导件复位机构。通量引导件被配置成在至少平面中引导磁通量，以供感测元件检测。通量引导件复位机构被配置成将通量引导件设置为预定的磁取向。通量引导件复位机构至少包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置成产生第一磁场。第一线圈包括与通量引导件重叠的第一线圈段。第二线圈被配置成产生第二磁场。第二线圈包括与通量引导件重叠的第二线圈段。第三线圈被配置成产生第三磁场。第三线圈包括与通量引导件重叠的第三线圈段。通量引导件具有面向第一线圈的一侧和面向第二线圈和第三线圈的另一侧。通量引导件复位机构被配置成使得与通量引导件重叠的第二线圈段的数量少于与通量引导件重叠的第三线圈段的数量。

根据至少一个方面，传感器结构包括感测元件、通量引导件和通量引导件复位机构。通量引导件被配置成在至少平面中引导磁通量，以供感测元件检测。通量引导件复位机构被配置成将通量引导件设置为预定的磁取向。通量引导件复位机构包括第一线圈和第二线圈。第一线圈被配置成产生第一磁场。第一线圈包括与通量引导件重叠的第一线圈段。第二线圈被配置成产生第二磁场。第二线圈包括与通量引导件重叠的第二线圈段。第三线圈被配置成产生第三磁场。第三线圈包括与通量引导件重叠的第三线圈段。通量引导件具有面向第一线圈的一侧和面向第二线圈和第三线圈的另一侧。第一线圈段和第三线圈段被配置成使得第一磁场的第一磁场分布与第三磁场的第三磁场分布相对于通量引导件的与感测元件重叠的至少一部分是相干的。

根据附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将在下面的详细描述中讨论，在所有附图中，相同的字符表示相似或相同的部分。

附图说明

图1是包括三个差分传感器的磁场传感器的示例的图，其中每个差分传感器由以惠斯通电桥配置连接的感测元件形成。

图2A是根据本公开的示例实施例的磁场传感器的俯视图的图，该磁场传感器具有形成Z传感器的子块的布置，其中每个子块包括复位机构。

图2B是图2A的子块的俯视图的图，其示出了根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的第一线圈。

图2C是图2A的子块的俯视图的图，其示出了根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的第二线圈和第三线圈。

图3是根据本公开的示例实施例的传感器结构的一部分的截面图。

图4A是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第一示例的截面图的概念图。

图4B是示出根据本公开的示例实施例的磁场密度的平面内分量相对于沿着图4A的通量引导件复位机构的通量引导件的距离的曲线图的图。

图4C是示出根据本公开的示例实施例的图4A的通量引导件复位机构的总磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图5A是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第二示例的截面图的概念图。

图5B是图示根据本公开的示例实施例的图5A的通量引导件复位机构的磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图5C是图示根据本公开的示例实施例的图5A的通量引导件复位机构的总磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图6A是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第三示例的截面图的概念图。

图6B是图示了根据本公开的示例实施例的磁场密度相对于沿着图6A的通量引导件复位机构的通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图6C是示出根据本公开的示例实施例的图6A的通量引导件复位机构的总磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图7A是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第四示例的截面图的概念图。

图7B是示出根据本公开的示例实施例的图7A的通量引导件复位机构的磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图7C是示出根据本公开的示例实施例的图7A的通量引导件复位机构的总磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的平面内分量的曲线图的图。

图8A是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第五示例的截面图的概念图。

图8B是示出根据本公开的示例实施例的图8A的通量引导件复位机构的总磁场密度相对于沿着通量引导件的距离的面内分量的曲线图的图。

图9是根据本公开的示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第六示例的截面图的概念图。

具体实施方式

已经通过示例示出和描述的本文描述的实施例并且它们的许多优点将通过前面的描述被理解，并且将明显的是，在不脱离所公开的主题或者不牺牲其一个或多个优点的情况下，可以在部件的形式、构造和布置上进行各种改变。实际上，这些实施例的描述形式仅仅是解释性的。这些实施例易于进行各种修改和替代形式，并且下面的权利要求旨在包含和包括这些变化，并且不限于所公开的特定形式，而是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

图1示出了磁阻（MR）传感器100的示例的示意图。该MR传感器包括第一差分传感器102、第二差分传感器122和第三差分传感器142，用于分别检测沿着第一轴线120（例如，y轴线方向）、第二轴线140（例如，x轴线方向）和第三轴线160（例如，z轴线方向）施加的场的分量方向。第一差分传感器102、第二差分传感器122和第三差分传感器142中的每一者都由以惠斯通电桥配置连接的不被屏蔽的感测元件形成。因此，第一差分传感器102由在对应的多个钉扎层112、114、116、118上的电桥配置中的多个感测元件104、106、108、110的连接形成，其中每个钉扎层112-118在x轴线方向上被磁化。以类似的方式，第二差分传感器122由在对应的多个钉扎层132、134、136、138上的电桥配置中的多个感测元件124、126、128、130的连接形成，每个钉扎层132、134、136、138在垂直于钉扎层112、114、116和118的磁化方向的y轴线方向上被磁化。

此外，第三差分传感器142与第一传感器102和第二传感器122在同一平面内。第三差分传感器142由在对应的多个钉扎层152、154、156、158上的电桥配置中的多个感测元件144、146、148、150的连接形成，每个钉扎层152、154、156、158都沿着平面内方向被磁化。在该第三电桥配置中，感测元件144、146、148和150全都具有与钉扎层152、154、156、158的钉扎磁化方向正交的易磁化轴线方向。第三电桥配置还包括分别邻近感测元件146和150的右边缘定位的通量引导件162和164，以及分别邻近感测元件144和148的左边缘定位的通量引导件166和168。通量引导件166、162、168和164定位在感测元件144、146、148和150的下方。

通过将第一差分传感器102和第二差分传感器122定位成正交地对准，每个传感器的感测元件取向从该传感器的钉扎方向相等地偏转，并且在每个传感器中彼此正交，传感器可以检测沿着第一轴线（y轴线）和第二轴线（x轴线）施加的场的分量方向。通量引导件162和166定位在元件146和144的相对边缘下方的差分传感器142中、以不对称的方式位于分支172和分支170之间。感测元件146的通量引导件162将来自Z场的磁通量沿着右侧引导到平面内，并使感测元件146的磁化在第一方向上朝向较高的电阻旋转。类似地，来自Z场的磁通量可以被通量引导件166沿着感测元件144左侧引导到平面内，并导致感测元件144的磁化在第二方向上朝向较低的电阻旋转，该第二方向与第一方向相反，因为该引导件与引导件162反对称。此外，通量引导件164和168定位在元件150和148的相对边缘下方的差分传感器142中、以不对称的方式位于分支176和分支174之间。感测元件150的通量引导件164将来自Z场的磁通量沿着右侧引导到平面内，并使感测元件150的磁化在第一方向上朝向较高的电阻旋转。类似地，来自Z场的磁通量可以被通量引导件168沿着感测元件148左侧引导到平面内，并使感测元件148的磁化在第二方向上朝向较低的电阻旋转，该第二方向与第一方向相反，因为该引导件与引导件164反对称。因此，差分传感器142可以检测沿着第三轴线或竖直轴线（z轴线）施加的场的分量方向。

图2A、2B和2C是隧道磁阻（TMR）传感器装置200的部分的图。类似于图1的差分传感器102、122、142如何检测所施加的场的分量方向，TMR传感器装置200包括第一、第二和第三差分传感器，其被配置成分别检测沿第一轴线（y轴线）、第二轴线（x轴线）和第三轴线（z轴线）的所施加的场的分量方向。更具体地，图2A图示了TMR装置200的第三差分传感器202（Z传感器202）的一部分的平面图。该Z传感器202被配置成检测沿着第三轴线或竖直轴线（Z轴线）施加的磁场的分量方向。

在图2A所示的示例中，Z传感器202包括八个子块204A~204H，其中子块204A~204H中的每一者至少包括具有感测元件216（图2C）、通量引导件218（图2C）、独立通量引导件复位线圈208和独立感测元件复位线圈210的传感器阵列206。另外，每一个子块204A~204H被配置成包括独立的复位辅助线圈212。在一些实施例中，每个子块204A~204H的独立通量引导件复位线圈208和独立感测元件复位线圈210使得子块204A~204H能够在Z传感器202的读取周期之间彼此独立地复位。在其他实施例中，每个子块204A~204H的独立通量引导件复位线圈208、独立感测元件复位线圈210和独立复位辅助线圈212使得子块204A~204H能够在Z传感器202的读取周期之间彼此独立地复位。作为说明性示例，子块204C的通量引导件复位线圈208、感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212使得子块204C的相应感测元件216和通量引导件218能够独立于其他子块204A~204B和204D~204H的相应感测元件216和通量引导件218复位。在这点上，当子块204C的感测元件216和通量引导件218复位时，子块204A~204B和204D~204H的感测元件216和通量引导件218不复位。作为另一个说明性示例，通量引导件复位线圈208、感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212使得子块204A、204C、204E和204H的相应感测元件216和通量引导件218能够独立复位，而子块204B、204D、204F和204G的相应感测元件216和通量引导件218不复位。

子块204A~204H中的每一者的传感器阵列206、通量引导件复位线圈208、感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212之间的位置关系从一个子块到另一个子块大致相似，并且限定了子块的取向。如图2A所示，八个子块204A~204H相对于彼此以水平和竖直取向布局。例如，子块204A-204B和204E-204F相对于图的观察方向具有竖直取向，而子块204C-204D和204G-204H相对于图2A的观察方向具有水平取向。不同的子块取向减轻了应力和温度对Z传感器202性能的影响，因为在各向异性方向上的这些影响被一起平均。

图2B示出了叠加在子块204A上的通量引导件复位线圈208。图2B还示出了相对于传感器阵列206的通量引导件复位线圈208。在该非限制性示例中，传感器阵列206包括第一区域222A和第二区域222B。第一区域222A包括三百八十四个感测元件216，由此在沿着y轴线的每列中有八个感测元件216，并且在沿着x轴线的每行中有四十八个感测元件216。第二区域222B包括三百八十四个感测元件216，由此在沿着y轴线的每列中有八个感测元件216，并且在沿着x轴线的每行中有四十八个感测元件216。

通量引导件复位线圈208基本上布置在一平面内，使得通量引导件复位线圈208的有效部分和通量引导件复位线圈208的无效部分都沿着子块204A内的单个平面延伸。通量引导件复位线圈208的有效部分被配置成在传感器阵列206上施加第一复位场（例如磁场）。通量引导件复位线圈208的无效部分将通量引导件复位线圈208的有效部分彼此连接。在图2A所示的实施例中，通量引导件复位线圈208定位在传感器阵列206下方。在其他实施例中，通量引导件复位线圈208可以定位在传感器阵列206上方。

通量引导件复位线圈208具有布线经过传感器阵列206的多个平行段220A和220B。平行段220A和220B定向成正交于通量引导件218，以便当通量引导件复位线圈208被激励时，沿着通量引导件218的优选磁化方向产生第一复位场。平行段220A和220B被布线经过传感器阵列206，因为每个平行段220A和220B沿着它们的长度靠近传感器阵列206的通量引导件218延伸，使得第一复位场（结合结合图2C描述的第二复位场和第三复位场）可以将通量引导件218的磁化定向到优选的磁化方向。在一些实施例中，当在垂直于通量引导件复位线圈208布置在其中的平面的方向上观察时，平行段220A和220B直接在通量引导件218的上方或下方穿过。

每个传感器阵列206的通量引导件218还包括布置在传感器阵列206的第一区域222A中的第一组通量引导件218和布置在传感器阵列206的第二区域222B中的第二组通量引导件218。在一些实施例中，第一区域222A和第二区域222B关于平面224对称设置。第一组通量引导件218和第二组通量引导件218具有彼此相反的相应的第一预定磁化方向10（图2C）和第二预定磁化方向20（图2C）。在一些实施例中，传感器阵列206的感测元件216可以包括具有不同位阵列配置的传感器阵列206，诸如72×8×2位阵列或任何合适的布置。通量引导件复位线圈208的平行段220A正交地布线经过第一区域222A中的第一组通量引导件218。通量引导件复位线圈208的平行段220B正交地布线经过第二区域222B中的第二组通量引导件218。

因此，在执行通量引导件复位操作之后，每个子块204A~204H的通量引导件磁化取向被分成具有相反取向的上部部分和下部部分。这种配置允许在感测换能器内对任何过程引起的不对称进行内部补偿，这种不对称会导致从通量引导件发出并作用在感测元件本身上的平面内杂散场。这种杂散场将以相反的方向作用在传感器电桥的顶部半部和底部半部上，并且它们对感测元件电阻的电影响经由电桥互连部布线消除，该电桥互连部布线将子块204A~204H中的一者的顶部半部和底部半部中的感测元件的电阻平均在一起。

通量引导件复位线圈208还具有将第一段220A和第二段220B彼此连接的多个另外的段220C。这些另外的段220C提供第一段220A和第二段220B之间的线圈布线。在图2B中，所示实施例中的另外的段220C被布线经过子块204A的未被传感器阵列206占据的部分。在一些实施例中，子块204A的这些部分中的另外的段220C被捆绑到衬底的其他金属层，以便减小通量引导件复位线圈208的电阻。在一些实施例中，所述另外的段220C具有比平行段220A和220B的宽度（例如，W1或W2）更宽或不同的宽度（W0），以便优化寄生效应和性能。在又另外的实施例中，感测元件216和通量引导件218也放置在靠近另外的段220C的区域中，并且有助于Z传感器202的感测区域，并且进一步降低整体系统噪声。

图2B描绘的实施例中的通量引导件复位线圈208是平面矩形线圈，其具有最外面的线圈部分226、最里面的线圈部分228和设置在最外面的线圈部分226和最里面的线圈部分228之间的多个内匝圈230。在图2B所示的示例中，通量引导件复位线圈208具有起始段220D，其沿着x轴线线性延伸长边长度，然后是第一线圈段，其与起始段成90度定向并沿着y轴线线性延伸短边长度，并且然后是第二线圈段，其与第一线圈段成90度定向并沿着x轴线线性延伸另一长边长度。这种模式继续下去，长边长度和短边长度在围绕绕组轴线的每一相继的匝圈之后变得更短，以限定矩形线圈。

在图2B中，通量引导件复位线圈208具有比起始段220D更靠近绕组轴线的结束段220E。起始段220D和至少一个紧接在后面的线圈段限定通量引导件复位线圈208的最外面的线圈部分226。结束段220E和至少一个紧接在前面的线圈段限定通量引导件复位线圈208的最里面的线圈部分228。

图2C示出了相对于图2B的子块204A的传感器阵列206的感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212。如图2C所示，感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212被设置为与通量引导件复位线圈208分离的层。更具体地，感测元件复位线圈210布置在基本上与通量引导件复位线圈208布置在其中的平面间隔开的平面中。感测元件复位线圈210与通量引导件复位线圈208电绝缘。感测元件复位线圈210相对于传感器阵列206定位，以能够执行感测元件复位操作，同时还定位成在通量引导件复位操作期间对总复位场提供有效贡献。在图2C所示的实施例中，感测元件复位线圈210定位在传感器阵列206上方。在另一个实施例中，感测元件复位线圈210可以定位在传感器阵列206的下方，在这种情况下，通量引导件复位线圈208通常将定位在传感器阵列206的上方。

感测元件复位线圈210具有布线经过传感器阵列206的多个平行段232A和232B。平行段232A和232B定向成正交于通量引导件218，以便当感测元件复位线圈210在通量引导件复位操作期间被激励时，沿着通量引导件218的优选磁化方向产生第二复位场。另外，平行段232A和232B中的每一者的中心轴线30沿着x轴线与传感器阵列206中的感测元件216的相应行中心地对准，使得第二复位场消除磁畴并减少感测元件复位操作期间感测元件216中的巴克豪森噪声。感测元件复位线圈210还具有将平行段232A和232B彼此连接的另外的段232C。另外的段232C被布线经过子块204A的未被传感器阵列206占据的部分。图2C所描绘的实施例中的感测元件复位线圈210是平面矩形线圈。在一些实施例中，感测元件复位线圈210具有最外面的线圈部分、最里面的线圈部分和多个内匝圈，以便以类似于参考图2B描述的通量引导件复位线圈208的方式形成矩形线圈。如图2C所示，感测元件复位线圈210是矩形线圈，其具有沿x轴线的长长度和沿y轴线的短长度。

Z传感器202可以包括复位辅助线圈212。复位辅助线圈212基本上布置在感测元件复位线圈210布置在其中的平面中。复位辅助线圈212被配置成在以感测元件216为中心的局部强场之间产生附加的场均匀性。复位辅助线圈212还在通量引导件复位操作期间操作以起辅助作用。

复位辅助线圈212具有布线经过传感器阵列206的多个平行段234A和234B。平行段234A和234B定向成正交于通量引导件218，以便当复位辅助线圈212在通量引导件复位操作期间被激励时，沿着通量引导件218的优选磁化方向产生第三复位场。另外，复位辅助线圈212还具有将平行段234A和234B彼此连接的另外的段234C。另外的段234C被布线经过子块204A的未被传感器阵列206占据的部分。图2C所描绘的实施例中的复位辅助线圈212是平面线圈，其包括最外面的线圈部分、最里面的线圈部分和多个内匝圈，以便以类似于参考图2B描述的通量引导件复位线圈208的方式形成矩形线圈。如图2C所示，复位辅助线圈212是矩形线圈，其具有沿x轴线的长长度和沿y轴线的短长度。

Z传感器202还包括电路214，其分别可操作地连接到通量引导件复位线圈208和感测元件复位线圈210。另外，该电路214可操作地连接到复位辅助线圈212。这个电路214在概念上表示在图2B和2C中。电路214包括被配置成控制一个或多个导电元件并为其提供电连接的结构、装置或技术，电路214可操作地与所述导电元件相关联或连接。例如，Z传感器202的电路214被具体配置成在每一个子块204A-204H内彼此独立地并且在不同的子块204A-204H之间独立地执行感测元件复位操作和通量引导件复位操作。

为了执行感测元件复位操作，电路214被配置成仅激励感测元件复位线圈210以产生第二复位场，使得总复位场仅包括第二复位场。电路214被配置成在感测元件复位操作期间至少激励感测元件复位线圈210的有效段（例如，平行段220A和220B）和/或整个感测元件复位线圈210。在该感测元件复位操作期间，电路214不激励通量引导件复位线圈208和/或复位辅助线圈212。一旦被激励，感测元件复位线圈210被配置成产生第二复位场，以将感测元件216的磁化定向到预定状态，而不改变通量引导件218的磁化。第二复位场本身足以消除磁畴并降低感测元件216中的巴克豪森噪声，而不改变通量引导件218的优选磁化方向。在这点上，感测元件复位线圈210针对高峰值场进行优化，以最小化感测元件复位操作期间所需的电流。

为了执行通量引导件复位操作，在一些实施例中，电路214被配置成激励通量引导件复位线圈208和感测元件复位线圈210两者，以分别在通量引导件复位线圈208周围产生第一复位场并在感测元件复位线圈210周围产生第二复位场。电路214被配置成至少激励通量引导件复位线圈208的有效段（例如，平行段220A和220B）和感测元件复位线圈210的有效段（例如，平行段232A和232B）。电路214被配置成激励整个通量引导件复位线圈208和整个感测元件复位线圈210。第一和第二复位场结合以建立总复位场，该总复位场足以将通量引导件218的磁化方向定向到已知的、先前校准的状态，该状态可互换地称为通量引导件的预定磁化方向/取向或预定通量引导件磁化方向/取向。在这点上，通量引导件复位线圈208针对低电阻和磁场均匀性进行了优化。

此外，在用于执行通量引导件复位操作的其他实施例中，电路214被配置成分别激励通量引导件复位线圈208、感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212。在这点上，电路214被配置成至少激励通量引导件复位线圈208的有效段（例如，平行段220A和220B）、感测元件复位线圈210的有效段（例如，平行段232A和232B）和复位辅助线圈212的有效段（例如，平行段234A和234B）。电路214被配置成激励整个通量引导件复位线圈208、整个感测元件复位线圈210和整个复位辅助线圈212。当被激励时，复位辅助线圈212被配置成在复位辅助线圈212周围产生第三复位场。第三复位场被配置成使一个或多个通量引导件218周围的第一复位场平滑，这有助于在通量引导件复位操作期间定向通量引导件218的磁化方向。利用这种配置，电路214被配置成激活通量引导件复位线圈208、感测元件复位线圈210和复位辅助线圈212，以产生第一、第二和第三复位场，这些复位场组合起来建立足以将通量引导件218的磁化定向到已知的、先前校准的状态的总复位场。

图3是示出根据示例实施例的传感器结构300的一部分的截面图。传感器结构300在单个芯片上将晶体管技术与磁阻技术（诸如TMR技术）集成。例如，在图3中，传感器结构300包括相对于衬底306以堆叠布置的晶体管组件302和磁阻传感器组件304。晶体管组件302和磁阻传感器组件304可操作地彼此连接。

晶体管组件302至少包括电路214，电路214被配置成激活磁阻传感器组件304的通量引导件复位机构，以建立足以将至少一个通量引导件312的磁化定向到已知的、先前校准的状态的总复位场。另外，晶体管组件302包括电路214，电路214被配置成激活磁阻传感器组件304的感测元件复位电路，以建立足以复位一个或多个感测元件314的复位场。例如，在图3中，电路214至少包括互补金属氧化物半导体（CMOS）装置308。传感器结构300还可以包括金属-绝缘体-金属（MIM）装置310，其可以是电路214的一部分或者用于传感器结构的信号放大电路的一部分。CMOS装置308至少包括标准CMOS部件。TMR技术与CMOS装置308的兼容性提供了具有相对大的线性感测范围（regime）和相对低的噪声的增强的灵敏度。此外，晶体管组件302和/或CMOS装置308包括金属层316中的一个或多个。作为非限制性示例，图3图示了晶体管组件302和/或CMOS装置308，其至少包括第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3和第四金属层M4。每个金属层316在绝缘部分318内绝缘，绝缘部分318包括至少如图3所示的一个或多个绝缘层。绝缘部分318还使触点346和竖直互连部320（或通孔320）绝缘，竖直互连部320将一个或多个金属层316和CMOS装置308可操作地彼此连接。触点346在包括半导体（例如硅）的衬底306和第一金属层M1之间提供电连接。多个竖直互连部320包括任何合适数量的竖直互连部320。例如，在图3中，多个竖直互连部320至少包括第一竖直互连部VIA1、第二竖直互连部VIA2、第三竖直互连部VIA3和第四竖直互连部VIA4。参考图3，作为示例，上部金属层（例如，第四金属层M4）被配置成经由上部竖直互连部320（例如，VIA4）连接到磁阻传感器组件304。另外，在绝缘部分318内，晶体管组件302包括在金属层316中的至少一个附近的MIM装置310。例如，在图3中，MIM装置310是设置在第三金属层M3和第四金属层M4之间的绝缘部分318中的电容器顶部金属（CTM）装置。在这点上，MIM装置310经由金属层316和竖直互连部320可操作地连接到CMOS装置308。

磁阻传感器组件304至少包括被配置为Z传感器202的TMR装置。例如，图3图示了TMR装置的一部分的截面视图的概念图，其包括至少一个感测元件314的视图，该至少一个感测元件314对应于图2C的传感器阵列206的感测元件216中的至少一个。TMR装置被配置成检测沿着第三轴线或z轴线方向施加的磁场的分量方向。另外，TMR装置包括通量引导件312和通量引导件复位机构。通量引导件复位机构至少包括第一复位部件和第二复位部件。另外，通量引导件复位机构可以包括至少一个其他复位部件，诸如第三复位部件，其设置在与第二复位部件相同的电介质内，并且在图3所示的截面中不可见。

第一复位部件至少包括超厚金属（UTM）线圈作为第一线圈322，其被配置为通量引导件复位线圈208（图2A），并且其被构造为包括任何合适的线圈形状和配置的线圈。作为非限制性示例，在图2A中，通量引导件复位线圈208包括相对于俯视平面图的矩形线圈配置。第二复位部件包括作为第二线圈324的金属全局互连部（MGI）元件的至少一部分，第二线圈324被配置为感测元件复位线圈210（图2C），并且被构造为包括任何合适的线圈形状和配置的线圈。作为非限制性示例，在图2A中，感测元件复位线圈210包括相对于俯视平面图的矩形线圈配置。此外，尽管在该截面图中未示出，但是第三复位部件包括作为第三复位线圈326的MGI辅助元件，该第三复位线圈326被配置为复位辅助线圈212（图2C），并且被构造为包括任何合适的线圈形状和配置的线圈。作为非限制性示例，在图2C中，相对于俯视平面图，复位辅助线圈212包括矩形线圈配置。至少如图3所示，通量引导件312设置在包含第一复位部件（例如，第一线圈322）的介电层330和包含第二复位部件（例如，第二线圈324）或第二复位部件（例如，第二线圈324）和第三复位部件（例如，第三线圈326）两者的另一介电层330之间。此外，在该示例中，通量引导件312被配置成穿透到至少包含第一复位部件（例如，第一线圈322）的介电层330中。作为非限制性示例，介电层330包括四乙氧基硅烷（TEOS）、任何合适的介电材料或其任何组合。

响应于与晶体管组件302的通信，通量引导件复位机构被配置成执行复位操作，以将通量引导件312的磁化定位到预定的磁取向或默认设置。更具体地，通量引导件复位机构有利地被配置成用适合于各种应用的电压来执行复位操作，这些应用包括例如移动和智能电话应用。

另外，磁阻传感器组件304包括设置在介电层330内的竖直互连部328，其设置在第一线圈322上。竖直互连部328将第一线圈322可操作地连接到金属线332。在图3中，金属线332可以包括铜、铝或任何合适的金属。金属线232借助于竖直互连部328连接到磁隧道结（MTJ）元件。MTJ元件包括磁参考元件334（或钉扎元件）和感测元件314。感测元件314响应于场提供电阻变化。MTJ元件借助于竖直互连部328连接到局部互连部336。另外，第二线圈324借助于竖直互连部328连接到金属线332。第二线圈324可以连接到厚的金属垫精整件340。在该示例中，厚金属垫精整件340包括铝、任何合适的金属或其任何合适的组合。此外，如图3所示，传感器结构300包括位于各种部件之间的数个介电层330。另外，取决于所使用的材料（例如，诸如铜的金属），传感器结构300可以包括在这些各种部件之间的合适厚度的多个蚀刻停止层338，如图3所示。作为非限制性示例，蚀刻停止层338包括氮化硅（SiN）、任何合适的蚀刻停止材料或其任何组合。磁阻传感器组件304还包括钝化层348，其被配置成保护芯片。在该示例中，钝化层348包括至少一个介电层330、至少一个氮化硅层338和至少一个氮氧化硅（SiON）层344。钝化层348包括至少一个开口342，该开口342暴露厚金属垫精整件340，以用于对其进行电访问。

图4A、图4B和图4C是提供磁阻传感器组件304的配置的总体概述的概念图。更具体地，图4A是示出磁阻传感器组件304的与图4B和4C的图形数据相关的部分的选择的截面图的概念图。图4A是沿着对应于y轴线和z轴线的yz平面截取的截面。

在图4A中，磁阻传感器组件304被示为具有感测元件314，感测元件314被设置在通量引导件312上的介电层330中。通量引导件312被配置成将磁通量引导至感测元件314。通量引导件312邻近感测元件314定位。另外，磁阻传感器组件304包括通量引导件复位机构，其被配置成将通量引导件312设置为预定的磁取向。通量引导件复位机构包括第一区段400和第二区段402。通量引导件312和感测元件314两者都设置在第一区段400和第二区段402之间。

第一区段400设置在通量引导件的第一侧404上。第一区段400设置在感测元件314的第一侧上。第一区段400包括第一线圈322，其被配置为通量引导件复位线圈208。第一线圈322包括多个第一线圈段322A。第一线圈322设置在至少一个介电层330内。如图3所示，介电层330被配置成使第一线圈322的部分绝缘。另外，图4A示出了第一线圈段322A的截面，其长度垂直于通量引导件312的长度延伸。每个第一线圈段322A具有宽度W1和厚度T1。此外，如图4A所示，在邻近的第一线圈段322A之间存在距离D1（例如，间距或介电常数）。通过具有相对低的电阻率，使得第一线圈322能够相对于通量引导件提供第一线圈段322A的这种布局。例如，在图4A中，第一线圈段322A至少包括铝或使得能够提供如本文所讨论的类似结果的任何合适的材料。

第二区段402设置在通量引导件312的第二侧406上。第二区段402设置在感测元件314的第二侧上。每个感测元件314具有宽度W2和厚度T2。此外，在邻近的感测元件314之间存在距离D2。如图4A所示，通量引导件312的尺寸大于感测元件组314沿y轴线的尺寸，使得通量引导件312的端部部分不被感测元件314重叠。该特征确保每个感测元件314不只是被通量引导件312完全覆盖，从而确保磁通量至少被内部区域408引导到感测元件314，外部区域410提供额外的余量。

第二区段402包括第二线圈324和第三线圈326。图4A示出了第二线圈段324A的截面和第三线圈段326A的截面，它们具有彼此平行且垂直于通量引导件312的长度延伸的长度。每个第二线圈段324A具有宽度W3和厚度T3。另外，每个第三线圈段326A具有宽度W4和厚度T4。此外，第二线圈段324A的厚度T3与第三线圈段326A的厚度T4相同或基本相同。此外，在该示例中，第二线圈段324A与第三线圈段326A处于同一层。在该示例中，每个第一线圈段322A的尺寸（例如W1和T1）大于每个第二线圈段324A的尺寸（例如W3和T3）。此外，在该示例中，每个第一线圈段322A的尺寸（例如，W1和T1）大于每个第三线圈段326A的尺寸（例如，W4和T4）。在该示例中，第一线圈段322A的节距（W1+D1）与第二线圈段324A的节距（W2+D2）不同。

此外，如图4A所示，在相邻的第二线圈段324A之间存在距离D3。另外，内部区域408内的相邻的第三线圈段326A之间存在距离D4，而外部区域410内的邻近的第三线圈段326A之间存在距离D5。在（i）彼此邻近的第二线圈段324A和第三线圈段326A之间、或者（ii）彼此邻近的第三线圈段326A和第二线圈段324A之间存在距离D6。每个距离确保在任何一对邻近的线圈段之间有足够量的至少一个介电层330。此外，在该示例中，距离D4大于距离D5，因为内部区域408中的相邻第三线圈段326A包括在相邻第三线圈段326A之间交错的第二线圈段324A。同时，在这个示例中，距离D5在长度上与距离D6相似或基本相似。

另外，还存在内部区域408和外部区域410，它们与通量引导件312相关联。内部区域408对应于与感测元件314重叠的部分。内部区域408可以至少由第一感测元件314的端部表面和最后一个感测元件314的端部表面限定。第一感测元件314和最后一个感测元件314是一组感测元件314的一部分，它们沿着平行于y轴线的轴线对准。在这点上，第二区段402的内部区域408与通量引导件312的对应内部区域408重叠。通量引导件312的内部区域408包括通量引导件312的中心部分。

内部区域408具有包括第三线圈段326A的布局，第三线圈段326 A与第二线圈段324A交错，使得这两个线圈以交替的模式布置，如图4A所示。在该内部区域408中，每个第二线圈段324A与感测元件314中的对应一个相关联并对准。如上所述，每个第二线圈段324A的中心轴线30与对应的感测元件314的中心部分对准。这种对应关系在第二线圈段324A和感测元件314之间提供了至少一对一的关系。第二线圈324被配置成在感测元件复位操作期间被分区段地顺序地激励，并且被配置成在通量引导件复位操作期间与其他线圈一起被同时激励。该特征是有利的，因为第二线圈324或其部分被配置成当被激活为感测元件复位电路时提供感测元件复位功能，同时还被配置成当被激活为通量引导件复位机构时提供通量引导件复位功能。

外部区域410从内部区域408朝向通量引导件312的边缘412和414延伸。通量引导件312的外部区域410包括通量引导件312的边缘412和414，如图4A所示。第二区段402的外部区域410对应于通量引导件312周围不与感测元件314重叠的部分。外部区域410可以从传感器阵列206的一列的感测元件314的端部朝向通量引导件312的边缘来限定。外部区域410具有包括彼此邻近设置的第三线圈段326A的布局。例如，在图4A中，外部区域410包括在第二线圈段324A的最外面的段416的外侧上的第三线圈326的两个环。在该示例中，外部区域410配置有一组第三线圈段326A。如图4A所示，这组包括最里面的段418和邻近的段420。

图4B和4C示出了磁场分布的平面内分量（y轴线分量），其在通量引导件312的中心区域被采样。通常，曲线图（图4B-4C、5B-5C、6B-6C、7B-7C和8B）图示了沿y轴线的以毫特斯拉（mT）或特斯拉（T）为单位的磁通量密度值相对于沿x轴线的以米（m）为单位的沿磁通量引导件312的距离之间的关系。在这些非限制性示例中，用作距离计算基础的参考值0在沿着通量引导件312的位置处获得，该位置对应于第二线圈324的最右匝圈的中心。曲线图还包括第一参考线422以指示通量引导件312的左边缘412的位置，以及第二参考线424以指示通量引导件312的右边缘414的位置。另外，一些曲线图（图4C和5C）包括第三参考线426，以指示通量引导件复位操作在其内充分执行的阈值（例如，磁通量密度值）。

图4B分别图示了当由10 mA电流驱动时和当在通量引导件312的中心区域处采样时，第一线圈322的磁场分布428、第二线圈324的磁场分布430和第三线圈326的磁场分布432。在这点上，图4A的配置需要相对高的电流来提供满足阈值（例如，17.5 mT）的总磁场分布434，如参考线426（图4C）所指示的，以用于执行通量引导件复位操作。例如，在图4B和4C中，第一线圈322被供应有170mA，第二线圈324被供应有270mA，并且第三线圈326被供应有26mA。如图4B和4C所示，总磁场分布434相对于参考线426处所指示的阈值的变化导致了一些浪费的能量。另外，如图4C所示，总磁场分布434在边缘412和414处具有显著低于阈值的磁通量密度值436和磁通量密度值438，从而导致与磁通量导管312的内部区域408相比，通量引导件复位操作在通量引导件312的外部区域410处不太有效。

图5A、5B和5C图示了与磁阻传感器组件304的另一配置相关联的图。更具体地，图5A是示出磁阻传感器组件304的与图5B和5C的图形数据相关的部分的截面图的概念图。关于感测元件314、通量引导件312和通量引导件复位机构的第一区段400，图5A的配置类似于图4A。然而，图5A的通量引导件机构的第二区段402不同于图4A的通量引导件机构的第二区段。

在图5A中，第二区段402包括内部区域408和外部区域410。内部区域408具有包括第三线圈段326A的布局，第三线圈段326A与第二线圈段324A交错，使得第二线圈324和第三线圈326以交替模式布置，如图5A所示。在该内部区域408中，每个第二线圈段324A与感测元件314中的对应一个相关联并对准。在这点上，图5A的内部区域408与图4A的内部区域408相同或基本相似。同时，图5A的外部区域410不同于图4A的外部区域410。

在图5A中，外部区域410具有包括彼此邻近设置的一组第三线圈段326A的布局。在该示例中，外部区域410包括在第二线圈段324A的最外面的段416的外侧上的第三线圈326的三个环。更具体地，在该示例中，该组第三线圈段326A至少包括最里面的段418和邻近的段420，如前所述。另外，关于外部区域410，该组第三线圈段326A包括最外面的段500，其定位在邻近的段420的外侧上，如图5A所示。

图5B和5C示出了磁场分布的平面内分量（y轴线分量），其在通量引导件312的中心区域被采样。更具体地，图5B分别图示了当由合适的电流驱动时以及当在通量引导件312的中心区域处采样时，第一线圈322的磁场分布502、第二线圈324的磁场分布504和第三线圈326的磁场分布506。作为非限制性示例，在图5B中，第一线圈段322A由170mA驱动，第二线圈段324A由27mA驱动，第三线圈段326A由22mA驱动。

如图5A-5C所示，这组第三线圈段326A被配置成使得通量引导件复位机构能够提供总磁场分布508，该总磁场分布508在通量引导件312的一个端部部分处具有磁通量密度值510，并且在通量引导件312的相对端部部分处具有磁通量密度值512，该磁通量密度值512更接近阈值，使得通量引导件复位操作跨通量引导件312的长度更有效和更均匀地执行。该组第三线圈段326A在外部区域410处的布局被配置成在波峰514处提供磁通量密度值（图5B），该磁通量密度值基本上大于该组第三线圈段326A在内部区域408处的布局的波峰516处的磁通量密度值（图5B）。在该配置中，图5A的第三线圈326由小于驱动图4A的第三线圈326的电流（例如，26 mA）的电流（例如，22 mA）驱动，由此总磁通量密度值在通量引导件的边缘412和414处增强。通过在通量引导件312的端部部分处提供具有一组邻近的第三线圈段326A的连续模式的布局，第三线圈326被配置成提供相对高的磁场（图5B），使得该磁场能够提供总磁场增强，该总磁场增强导致通量引导件312的这些端部部分处的磁通量密度值510和512（例如，15.5 mT）与由图4A的线圈配置在通量引导件312的边缘412、414处提供的总磁场分布434的那些磁通量密度值436和438（例如13 mT）相比更接近阈值， 如参考线426所指示的。在这点上，图5A的配置的观察到的峰值场增益是图4A的配置的观察到的峰值场增益大约13%，因为与图4A的第三线圈326的2mT/10mA的峰值磁通量密度相比，图5A的第三线圈326的峰值磁通量密度是2.25mT/10mA。第三线圈326的观察到的峰值磁场的这种增加提高了通量引导件312的端部部分附近的总磁通量密度值510和512，并且至少抵消了由于外部区域410中没有第二线圈324而导致的外部区域410处的第二磁场的减小。

在图4A和图5A中，给定一般设计布线规则，第一线圈段322A不能被构造成具有等于感测元件314的间距（D2+W2）的间距（D1+W1）。因此，图4A和图5A的示例不能提供第一线圈322的磁场分布428/502和第二线圈324的磁场分布430/504之间的相干性，第二线圈324相对于感测元件314布置。相比之下，如图6A-9提供的示例中所示，当第一线圈322被配置成具有与感测元件314相同的间距或基本相同的间距时，第一线圈322然后被配置成具有与第二线圈324相同的间距或基本相同的间距。当第一线圈322被配置成具有与第二线圈324相同的节距时，然后第一线圈322被配置成产生与第二线圈324的磁场相干的磁场分布，使得整个磁场分布在通量引导件上变平，从而降低传感器结构300的功率消耗。

图6A、图6B和图6C图示了与通量复位机构的另一配置相关联的图，该通量复位机构可通过为第一线圈322提供比图4A或图5A的第一线圈322的线布线更精细的线布线的工艺调整来获得。这可能涉及工艺优化和/或切换到替代互连技术（即铜工艺）。这种工艺调整有利于将第一线圈322和通量引导件312之间的距离从距离D8减小到距离D9。另外，该工艺调整有利于使第一线圈322能够从包括铝的第一线圈段322A的厚度T1（图4A和图5A）减小到包括铜的第一线圈段322B的厚度T5（图6A、图7A、图8A和图9）。此外，当用于第一线圈322的设计中时，该工艺调整提供了铜工艺的布线电阻率，其基本上类似于铝工艺的布线电阻率。

图6A是概念图，其示出了与磁阻传感器组件304的与图6B和6C的图形数据相关的部分的选择相关的通量引导件复位机构的截面图。关于感测元件314、通量引导件312和通量引导件复位机构的第二区段402，图6A的配置类似于图4A。然而，图6A的通量引导件机构的第一区段400不同于图4A的通量引导件机构的第一区段400。

第一区段400包括第一线圈322的多个环和匝圈，第一线圈322被配置成在通量引导件复位操作期间向通量引导件312提供第一磁场（具有第一磁场分布600）。例如，在图6A中，第一区段400包括第一线圈322的相对紧密的匝圈布置，以提供第一线圈段322B。每个第一线圈段322B包括宽度W5和厚度T5。在这点上，如图6A所示，宽度W5大于宽度W3。宽度W5大于宽度W4。厚度T5大于厚度T3。厚度T5大于厚度T4。第一线圈322沿着通量引导件312的长度在邻近的第一线圈段322B之间以距离D7布置。距离D7大于距离D5。距离D7大于距离D6。图6A的第一区段400中邻近的第一线圈段322B之间的距离D7小于图4A的第一区段400中邻近的第一线圈段322A之间的距离D1。在这点上，图6A的第一线圈322具有比图4A的第一线圈322更紧密的线圈配置。图6A的第一线圈322的配置的一个关键方面是其节距（W5+D7）被布置成与感测元件314的节距相同。此外，在图6A中，第一线圈段322B（或第一线圈322的邻近匝圈）的节距（W5+D7）被配置成与第二线圈段324A（或第二线圈324的邻近匝圈）的节距（W3+D3）相同。在这点上，工艺调整使得第一线圈322（或第一线圈段322B）的匝圈的放置能够与第二线圈324的匝圈处于相同的节距，同时偏移半个节距，由此产生相对于彼此偏移半个周期的磁场分布600和602。

另外，图6A的每个第一线圈段322B的尺寸不同于图4A的每个第一线圈段322A的尺寸。例如，图6A的第一线圈段322B的宽度W5小于图4A的第一线圈段322A的宽度W1。另外，图6A的第一线圈段322B的厚度T5小于图4A的第一线圈段322A的厚度T1。此外，图6A的第一区段400中的第一线圈段322B的数量大于图4A的第一区段400中的第一线圈段322A的数量。作为非限制性示例，例如，图6A沿着通量引导件312的长度包括11个第一线圈段322B，而图4A的示例沿着通量引导件312的长度包括7个第一线圈段322A。通过具有相对低的电阻率，使得第一线圈322能够相对于通量引导件提供第一线圈段322B的这种布局。例如，在图6A中，第一线圈段322B至少包括铜或使得能够提供如本文所讨论的类似结果的任何合适的材料。此外，如上所述，图6A中的第一线圈322的配置是有利的，因为第一线圈段322B距通量引导件312的距离D9小于第一线圈段322A距通量引导件312的距离D8。

图6B和6C示出了磁场分布的平面内分量（y轴线分量），其在通量引导件312的中心区域处被采样。更具体地，图6B分别图示了当由合适的电流驱动时和当在通量引导件312的中心区域处采样时的第一线圈322的第一磁场分布600、第二线圈324的第二磁场分布602和第三线圈326的第三磁场分布604。作为非限制性示例，在图6B中，第一线圈段322B由110mA驱动，第二线圈段324A由27mA驱动，并且第三线圈段326A由9mA驱动。如图6B所示，由第一线圈322产生的磁场分布600的峰值（或波峰）偏离由第二线圈324产生的磁场分布602的峰值（或波峰）。由于这种相干组合以及包括铜的第一线圈段322B的厚度T5减小（与包括铝的第一线圈段322A的厚度T1相比），驱动图6A的线圈配置所需的电流比驱动图4A或图5A的线圈配置所需的电流小40%。图6A的线圈配置还提供了120 mT/A的平均磁场，这是对图4A的线圈配置的改进，图4A的线圈配置提供了70 mT/A的平均磁场。

另外，图6B的第一磁场分布600与图4B的第一磁场分布428的比较揭示了，与图4A的第一线圈段322A的配置相比，图6A的第一线圈段322B的配置在通量引导件312的长度上赋予的差异。图6A的第一线圈段322B产生的平均第一磁场分布600大于图4A的第一线圈段322A的平均第一磁场分布428。此外，在图6A的内部区域408内，第一线圈段322B相对于第二线圈段324A被配置成产生与第二磁场分布602相干的第一磁场分布600。另外，在图6A的内部区域408内，第一线圈段322B相对于第三线圈段326A被配置成产生与第三磁场分布604相干的第一磁场分布600。更具体地，在内部区域408内，第一线圈段322B相对于第二线圈段324A配置，使得第一磁场分布600的至少一组波谷与第二磁场分布602的一组波峰重合。此外，在内部区域408内，第一线圈段322B相对于第三线圈段326A配置成使得第一磁场分布600的至少一组波峰与第三磁场分布604的至少一组波峰重合。同时，至少对于内部区域408，至少由于第二线圈段324A与第三线圈段326A的交错，第二磁场分布602的该组波峰和第三磁场分布604的该组波峰提供了交替的模式，如图6B所示。

图6C图示了总磁场分布606，其由第一线圈322的第一磁场分布600、第二线圈324的第二磁场分布602和第三线圈326的第三磁场分布604的组合产生。图6C示出了总磁场分布606在通量引导件312的内部区域408内呈现出平台或类似平台的形状。该平台有利于在与感测元件314重合的通量引导件312的内部区域408处提供相对稳定和均匀的磁通量密度。在图6C中，总磁场分布606略高于阈值（例如17.5 mT），即使与被配置成驱动图4A的线圈配置的较高电流相比，图6A的线圈配置被配置成由相对低的电流驱动（例如，对于第一线圈322为9mA，并且对于第三线圈326为110A）。

图7A、7B和7C图示了与通量复位机构的另一配置相关联的图。更具体地，图7A是示出磁阻传感器组件304的与图7B和7C的图形数据相关的部分的选择的截面图的概念图。关于感测元件314和通量引导件312，图7A的配置类似于图4A。然而，图7A的通量引导件复位机构不同于图4A的通量引导件机构。更具体地，通量引导件复位机构设置有与配置在图5A的第二区段402内的第二线圈324和第三线圈326一起的配置在图6A的第一区段400内的第一线圈322。这种通量引导件复位机构有利于被配置成经由外部区域410处的一组第三线圈段326A提供磁场增强，同时还有利于被配置成在内部区域408处提供第一线圈322、第二线圈324和第三线圈326的磁场分布之间的相干性。这些特征有利于在通量引导件312的整个长度上提供更稳定和均匀的总磁场效果。

图7B和7C示出了磁场分布的平面内分量（y轴线分量），其在通量引导件312的中心区域处被采样。更具体地，图7B图示了当由合适的电流驱动时，第一线圈322的磁场分布700、第二线圈324的磁场分布702和第三线圈326的磁场分布704。作为非限制性示例，在图7B中，第一线圈段322B由115mA驱动，第二线圈段324A由16mA驱动，并且第三线圈段326A由22mA驱动。同时，图7C图示了总磁场分布706，其由第一线圈322的磁场分布700、第二线圈324的磁场分布702和第三线圈326的磁场分布704的组合产生，如图7B所示。参考图7C，总磁场分布706表现出比图4C的总磁场434更少的能量浪费和更不明显的波纹。此外，图7A的配置有利于通量引导件312的端部部分处提供磁通量密度值708和磁通量密度值710，所述磁通量密度值更接近用于执行通量引导件复位操作的阈值。在图7A-7C中，总磁场分布706略高于阈值（例如17.5 mT），即使与图4A的配置由对于第一线圈322的170mA和对于第三线圈326的26mA驱动相比，图7A的配置由较低的电流驱动，诸如对于第一线圈322为115mA且对于第三线圈326为22mA。

图8A和8B图示了与通量引导件复位机构的另一种配置相关联的图。更具体地，图8A是示出磁阻传感器组件304的与图8B的图形数据相关的部分的截面图的概念图。关于感测元件314、通量引导件312和通量引导件复位机构的第一区段400，图8A的配置类似于图6A。然而，图8A的通量引导件机构的第二区段402不同于图6A的通量引导件机构的第二区段402。在这点上，例如，图8A的通量引导件机构不包括和/或使用第三线圈326用于通量引导件复位操作，而图6A的通量引导件机构包括和使用第三线圈326用于通量引导件复位操作。

在图8A中，第二区段402包括内部区域408和外部区域410。内部区域408对应于与感测元件314重叠的部分。内部区域408具有包括第二线圈段324A的布局，就其宽度W3和厚度T3以及邻近第二线圈段324A之间的距离D3而言，第二线圈段324A的配置类似于图6A的配置。如上所述，在该内部区域408中，每个第二线圈段324A与感测元件314中的对应一个相关联并对准。然而，与图6A的第二区段402相比，图8A的第二区段402至少在内部区域408中不包括第三线圈326。在图8A中，第二区段402包括第二线圈段324A的布局，其位于介电层330内，使得仅介电层330的部分位于沿着y轴线的邻近第二线圈段324A之间。

外部区域410对应于通量引导件312上方不与感测元件314重叠的部分。图8A的外部区域410也不同于图6A的外部区域410。如图8A所示，第二区段402的外部区域410仅包括至少一个介电层330。第二区段402的外部区域410不包括第二线圈段324A。第二区段402的外部区域410也不包括第三线圈段326A。在这点上，第二区段402的外部区域410不包括任何线圈段。在外部区域410中，通量引导件312与第一区段400中的第一线圈段322B和至少一个介电层330重叠，并且仅与第二区段402中的至少一个介电层330重叠。这提供了节省材料的简单配置。

图8B图示了总磁场分布800的平面内分量（y轴线分量），其由图8A的第一线圈322的磁场分布和图8A的第二线圈324的磁场分布的组合产生，其中每个将具有与第一磁场分布600和第二磁场分布602相似的磁场分布，这至少在图6B中示出。图8B示出了至少与图4C的总磁场434相比，总磁场分布800表现出具有较少浪费能量和较不明显波纹的平台区域。然而，至少因为第二区段402在外部区域410处不具有任何线圈（即，没有第二线圈段324A和第三线圈段326A），所以总磁场800在通量引导件312的端部部分处具有相对低的磁通量密度值802和804。图8A的配置提供了相对简单的通量引导件复位机构，其被配置成提供相对稳定和均匀的通量引导件复位操作，该操作至少相对于感测元件314所在的内部区域408满足阈值。

图9是根据示例实施例的与感测元件和通量引导件相关的通量引导件复位机构的第六示例的截面图的概念图。关于感测元件314、通量引导件312和通量引导件复位机构的第一区段400，图9的配置类似于图8A。然而，图9的通量引导件机构的第二区段402不同于图8A的通量引导件机构的第二区段402。在这点上，例如，图9的通量引导件机构在外部区域410中包括附加的第二线圈段324A，而图8A的通量引导件机构在外部区域410中不包括这些附加的第二线圈段324A。此外，在图9中，通量引导件复位机构被配置成在通量引导件复位操作期间激励第二线圈324（即，内部区域408和外部区域410两者中的至少第二线圈段324A）和第一线圈322（即，内部区域408和外部区域410两者中的至少第一线圈段322B）。此外，在图9所示的示例中，通量引导件复位机构被配置成激励第二线圈324的选择，使得在感测元件复位操作期间，只有内部区域中的第二线圈段324A被激励，而外部区域410中的第二线圈段324A不被激励。这种配置的优点在于，外部区域410中的附加第二线圈段324A被配置成在通量引导件复位操作期间增强和增加通量引导件端部部分处的总磁场。

如本文所讨论的，实施例包括许多有利特征以及益处。例如，实施例被配置成向细长的通量引导件312施加更均匀的磁场，从而有助于更快和更可靠的磁化切换。这些实施例被配置成提供这种相对均匀的总磁场，同时使用较低的操作电流来驱动通量引导件复位机构的每个线圈。另外，还有一个实施例，其通过使用第一线圈322和第二线圈324（且不是第三线圈326）同时优化它们的线圈布局和电流值来提供简化的线圈布局。

这些实施例使得能够在移动装置（例如，智能电话、智能手表、平板电脑等）中维持更长的电池寿命。由于较低的电流布线要求以及减少的外部约束，这些实施例还在这些移动装置的印刷电路板（PCB）设计中提供了相当大的改进。每个实施例至少通过优化包括至少两个线圈的拓扑来降低通量引导件复位操作的电压和功率预算，以跨通量引导件312的整个长度提供相对均匀的磁场分布，同时还优化驱动这些线圈中的每一个的电流，以利用该拓扑优势。

如上所述，Z传感器202包括平面外（Z轴线）隧道磁阻（TMR）磁场传感器，其提供稳定的输出并且最小化操作Z传感器202所需的功率。Z传感器202至少包括被配置为通量引导件复位线圈208的第一线圈322和被配置为感测元件复位线圈210的第二线圈324。另外，Z传感器202还被配置成进一步包括被配置为复位辅助线圈212的第三线圈326。第一线圈段322A/322B和第二线圈段324A的组合或第一线圈段322A/322B、第二线圈段324A和第三线圈段326A的组合被激活以执行通量引导件复位操作，从而使得能够更准确地读出平面外磁场，同时降低操作Z传感器202所需的功率。有利的是，这些线圈配置被优化，而不会劣化Z传感器的性能。此外，如上所述，通过利用包括铜的定制UTM层作为第一线圈段322B，这些实施例中的一些有助于针对通量引导件复位操作以更低的电流要求实现更均匀的场，从而提供超低电阻和与通量引导件312的紧密接近，使得来自给定电压源的耦合场被优化。

也就是说，以上描述旨在说明性的，而不是限制性的，并且是在特定应用及其要求的背景下提供的。本领域技术人员可以从前面的描述中理解，本发明可以以各种形式实施，并且各种实施例可以单独或组合实施。因此，尽管已经结合其特定示例描述了本发明的实施例，但是在不脱离所描述的实施例的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例和应用，并且本发明的实施例和/或方法的真实范围不限于所示出和描述的实施例，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，各种修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。例如，部件和功能可以以不同于各种描述的实施例的方式被分离或组合，并且可以使用不同的术语来描述。这些和其他变化、修改、添加和改进可落入如所附权利要求中定义的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种传感器结构，包括：

感测元件；

通量引导件，其被配置成在平面内引导磁通量，以供所述感测元件检测；

通量引导件复位机构，其被配置成在通量引导件复位操作期间将所述通量引导设置为预定磁取向，所述通量引导件复位机构包括：（i）被配置成产生第一磁场的第一线圈，所述第一线圈包括第一线圈段，和（ii）被配置成产生第二磁场的第二线圈，所述第二线圈包括第二线圈段；

其中，

所述通量引导件设置在所述第一线圈和所述第二线圈之间；并且

所述第一线圈段和所述第二线圈段被配置成使得所述第一磁场的第一磁场分布与所述第二磁场的第二磁场分布相对于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的至少一部分是相干的。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其中，所述第一线圈段和所述第二线圈段被配置成使得所述第一磁场分布的一组波谷与所述第二磁场分布的一组波峰重合并组合。

3.根据权利要求2所述的传感器结构，其中：

所述第一线圈包括铜；并且

所述第二线圈包括铜。

4.根据权利要求3所述的传感器结构，其中：

所述通量引导件包括内部区域和外部区域；

所述内部区域对应于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的部分；

所述外部区域包括所述通量引导件的边缘；

所述第二线圈段与内部区域和外部区域重叠；并且

所述第二线圈段被选择性地控制为（a）在所述通量引导件复位操作期间被激励以增加所述通量引导件边缘处的总磁场，以及（b）在所述感测元件的复位操作期间不被激励。

5.根据权利要求3所述的传感器结构，进一步包括：

感测元件复位电路，其被配置成对所述感测元件执行复位操作，所述感测元件复位电路包括第二线圈，

其中，所述第二线圈段与对应的感测元件重叠。

6.根据权利要求1所述的传感器结构，其中：

所述通量引导件复位机构还包括第三线圈；

所述第三线圈被配置成产生第三磁场；

所述第三线圈包括第三线圈段；

所述第二线圈段和所述第三线圈段设置在介电层内；并且

所述第一线圈段和所述第三线圈段相对于彼此布置成使得所述第一磁场的所述第一磁场分布与所述第三磁场的第三磁场分布相对于所述通量引导件的与感测元件重叠的至少一部分是相干的。

7.根据权利要求1所述的传感器结构，进一步包括：

感测元件复位电路，其被配置成对所述感测元件执行复位操作，所述感测元件复位电路包括所述第二线圈，

其中，所述第二线圈段与对应的感测元件重叠。

8.一种传感器结构，包括：

感测元件；

通量引导件，其用于在平面内引导磁通量，以供所述感测元件检测；和

通量引导件复位机构，其用于将所述通量引导件设置为预定磁取向，所述通量引导件复位机构包括：（i）被配置成产生第一磁场的第一线圈，所述第一线圈包括与所述通量引导件重叠的第一线圈段，（ii）被配置成产生第二磁场的第二线圈，所述第二线圈包括与所述通量引导件重叠的第二线圈段，（iii）被配置成产生第三磁场的第三线圈，所述第三线圈包括与所述通量引导件重叠的第三线圈段；

其中，

所述通量引导件具有面向所述第一线圈的一侧以及面向所述第二线圈和所述第三线圈的另一侧；并且

与所述通量引导件重叠的第二线圈段的数量少于与所述通量引导件重叠的第三线圈段的数量。

9.根据权利要求8所述的传感器结构，其中：

所述通量引导件包括内部区域和外部区域；

所述内部区域对应于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的部分；

所述内部区域包括所述通量引导件的中心部分；

所述外部区域包括所述通量引导件的边缘；

所述内部区域与一布局重叠，在所述布局中，所述第二线圈段与介电层内的一组第三线圈段交错；和

所述外部区域与另一布局重叠，在该布局中，另一组第三线圈段在介电层内彼此邻近设置。

10.根据权利要求8所述的传感器结构，其中，所述第一线圈段和所述第二线圈段相对于彼此被配置成使得所述第一磁场的第一磁场分布与所述第二磁场的第二磁场分布相对于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的至少一部分是相干的。

11.根据权利要求8所述的传感器结构，其中，所述第一线圈段和所述第三线圈段相对于彼此布置成使得所述第一磁场的第一磁场分布与所述第三磁场的第三磁场分布相对于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的至少一部分是相干的。

12.根据权利要求8所述的传感器结构，其中：

所述第一线圈包括铜；

所述第二线圈包括铜；并且

所述第三线圈包括铜。

13.根据权利要求8所述的传感器结构，其中：

所述第一线圈段和所述第二线圈段相对于彼此布置成使得第一磁场分布的一组波谷与第二磁场分布的一组波峰重合；并且

所述第一线圈段和所述第三线圈段相对于彼此布置成使得所述第一磁场分布的一组波峰与第三磁场分布的一组波峰重合。

14.根据权利要求8所述的传感器结构，进一步包括：

感测元件复位电路，其被配置成对所述感测元件执行复位操作，所述感测元件复位电路包括第二线圈，

其中，所述第二线圈段与对应的感测元件重叠。

15.一种传感器结构，包括：

感测元件；

通量引导件，用于在平面内引导磁通量，以供所述感测元件检测；和

通量引导件复位机构，其用于将所述通量引导件设置为预定磁取向，所述通量引导件复位机构包括：（i）被配置成产生第一磁场的第一线圈，所述第一线圈包括与所述通量引导件重叠的第一线圈段，（ii）被配置成产生第二磁场的第二线圈，所述第二线圈包括与所述通量引导件重叠的第二线圈段，以及（iii）被配置成产生第三磁场的第三线圈，所述第三线圈包括与通量引导件重叠的第三线圈段；

其中，

所述通量引导件具有面向所述第一线圈的一侧以及面向所述第二线圈和所述第三线圈的另一侧；和

所述第一线圈段和所述第三线圈段相对于彼此被配置成使得所述第一磁场的第一磁场分布与所述第三磁场的第三磁场分布相对于所述通量引导件的与感测元件重叠的至少一部分是相干的。

16.根据权利要求15所述的传感器结构，进一步包括：

感测元件复位电路，其被配置成对所述感测元件执行复位操作，所述感测元件复位电路包括第二线圈，

其中，所述第二线圈段与对应的感测元件重叠。

17.根据权利要求15所述的传感器结构，其中：

所述通量引导件包括内部区域和外部区域；

所述内部区域对应于所述通量引导件与所述感测元件重叠的部分；

所述内部区域包括所述通量引导件的中心部分；

所述外部区域包括所述通量引导件的边缘；

所述内部区域与一布局重叠，在该布局中，所述第二线圈段与一组第三线圈段在介电层内以交替模式交错；并且

所述外部区域与另一布局重叠，在该布局中，另一组第三线圈段在介电层内彼此邻近设置。

18.根据权利要求17所述的传感器结构，其中，所述第三线圈被配置成提供所述布局内的磁通量密度的峰值，所述峰值小于所述另一布局内的磁通量密度的另一峰值，以稳定沿着所述通量引导件的尺寸的磁通量密度。

19.根据权利要求15所述的传感器结构，其中，所述第一线圈段和所述第二线圈段相对于彼此被配置成使得所述第一磁场的第一磁场分布与所述第二磁场的第二磁场分布相对于所述通量引导件的与所述感测元件重叠的至少一部分是相干的。

20.根据权利要求15所述的传感器结构，其中：

所述第一线圈包括铜；

所述第二线圈包括铜；并且

所述第三线圈包括铜。

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