KR20220149676A

KR20220149676A - 외부 자기장 측정을 위한 온도 보상 mtj 기반 감지 회로

Info

Publication number: KR20220149676A
Application number: KR1020227030197A
Authority: KR
Inventors: 아누라그 모한; 로버트 주커
Original assignee: 크로커스 테크놀러지 에스에이
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-11-08
Also published as: JP2023516151A; US20230119854A1; WO2021176296A1; US11971463B2; EP4115192A1

Abstract

본 발명에 따르면, 외부 자기장을 측정하고 브리지 구성으로 연결된 복수의 MTJ 감지 소자를 포함하는 MTJ 감지 회로로서, MTJ 감지 회로는 바이어스 전압을 입력하고 MTJ 감지 회로의 바이어스 전압 및 이득 감도를 외부 자기장에 곱한 값에 비례하는 출력 전압을 생성하기 위한 입력부 가지며, 상기 이득 감도 및 출력 전압은 온도에 따라 변하고; MTJ 감지 회로는 출력 전압이 온도의 함수로서 실질적으로 일정하도록 온도 범위에 걸쳐 온도의 함수로서 변하는 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 온도 보상 회로를 더 포함하는 MTJ 감지 회로가 개시된다. 또한 온도에 대해 출력 전압을 보상하는 방법도 개시된다.

Description

외부 자기장 측정을 위한 온도 보상 MTJ 기반 감지 회로

본 발명은 일반적으로 자기 터널 접합을 사용하는 자기 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 자기 센서의 온도에 기초한 자기 센서 출력 보상에 관한 것이다.

도 1은 자기 터널 접합(MTJ) 감지 소자(10)의 개략적인 단면도를 도시한다. MTJ라는 용어는 터널 자기 저항(TMR) 감지 소자를 나타내기 위해 사용된다. MTJ 감지 소자(10)는 감지 자화(210)를 갖는 감지 강자성층(21)과 고정 자화(230)를 갖는 고정 강자성층(23) 사이에 샌드위치된 터널 장벽층(22)을 포함한다. 감지 자화(210)는 외부 자기장(42)에 배향 가능하도록 구성되는 반면, 고정 자화(230)의 방향은 변하지 않은 채로 유지된다. 이러한 구성에서, 외부 자기장(H)은 감지 자화(210)를 고정 자화(230)에 평행한 배향에서 고정 자화(230)에 역평행한 배향으로 또는 그 반대로 전환하는 데 사용될 수 있다.

도 2는 저항(R) 대 외부 자기장(H)의 응답 곡선을 나타낸다. 자기 저항 응답 곡선은 감지 자화(210)의 방향과 고정 자화(230) 사이의 각도의 함수로서 저항 변화를 나타낸다. 감지 자화(210)가 고정 자화(230)에 평행할 때, MRAM 셀(10)의 저항은 낮다(논리 상태 "0"). 감지 자화(210)가 고정 자화(230)에 역평행일 때, MRAM 셀(10)의 저항은 높다(논리 상태 "1"). 감지 및 고정 자화(210, 230)가 수직 각도에 있을 때, 저항은 높은 저항과 낮은 저항 사이의 중간 값에 있다. 이 값 부근에서, MTJ 감지 소자(10)는 선형 응답을 갖는다. 응답 곡선의 선형 부분(LP)의 기울기는 MTJ 감지 소자(10)의 감도에 비례한다.

홀 효과 소자 및 GMR 감지 소자에 비해, MTJ 감지 소자는 더 나은 온도 안정성, 더 높은 감도, 더 낮은 전력 소비, 더 나은 선형성을 가지며 추가 자속 집중기 구조가 필요하지 않다. AMR 소자에 비해, MTJ 감지 소자는 선형 범위가 더 넓고 설정/리셋 코일이 필요하지 않다.

저항 브리지는 MTJ 감지 소자(10)의 응답 신호를 변경하기 위해 회로 애플리케이션에서 종종 사용되어, 출력 전압이 증폭되기 쉽도록 한다. 이는 또한 공통 모드 신호를 줄이고 노이즈 제거를 제공하며 온도 드리프트를 줄이고 기타 트랜스듀서 결함을 최소화할 수 있다. MTJ 감지 소자(10)는 병렬 및/또는 직렬로 연결되어 휘트스톤 브리지 또는 임의의 다른 유형의 회로 브리지를 형성할 수 있다.

도 3은 하프 브리지 MTJ 감지 회로(100)를 도시한다. 2개의 MTJ 감지 소자(10) 중 하나는 다른 MTJ 감지 소자(10)의 고정 자화(23)에 수직으로 회전되는 고정 자화(230)를 가질 수 있다. MTJ 감지 회로(100)의 감지축(250)은 상부 MTJ 감지 소자(10)의 고정 자화(230) 방향과 일치한다.

MTJ 감지 회로(100)는 또한 도 4에 도시된 바와 같이 직렬로 연결된 2개의 다른 MTJ 감지 소자(10)에 병렬로 직렬로 연결된 2개의 MTJ 감지 소자(10)를 포함하는 풀(휘트스톤) 브리지 회로 구성으로 배열될 수 있다.

MTJ 감지 회로(100)는 3개의 외부 접촉 패드, 즉 바이어스 전압(V_bias)이 입력되는 입력부(101), 출력 전압(V_out)이 출력되는 출력부(102) 및 접지를 갖는다. 외부 자기장(H)의 주어진 값에 대해, 양의 감지 축(250)을 따라, 저항은 하나(또는 두 개)의 MTJ 감지 소자(10)에 대해 증가하고 다른 하나(2개)에 대해서는 감소한다. 외부 자기장(H)이 (음의 감지축(250)을 따라) 반대 방향으로 인가될 때, 저항은 하나(또는 둘)에 대해 감소하는 반면 다른 하나(2개)에 대해서는 증가한다.

MTJ 감지 회로(100)의 출력 전압(V_out)은 많은 통상적인 방법을 이용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 전압계가 출력 전압(V_out)과 접지 사이에 연결되고 V_out과 접지 전위차가 출력 전압이다.

자기 센서의 감도는 mV/mT/V_bias의 비율로 표시된다. 이는 외부 자기장(H)의 변화에 대한 MTJ 감지 회로(100)의 출력 전압(V_out)의 변화를 정의한다. MTJ 감지 소자(10) 및 MTJ 감지 회로(100)의 감도는 비율에 정비례하며 바이어스 전압(V_bias)에 정비례한다. MTJ 감지 회로(100)의 출력 전압(V_out)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(1)

여기서, G는 이득(mV/mT/V_bias 단위)이다.

넓은 온도 범위에 걸쳐 MTJ 감지 회로(100)를 작동하면 열에 의한 감도 변화가 유도되어, 이에 의해 MTJ 감지 회로의 정확도를 저해한다. MTJ 감지 회로(100)의 동작 온도는 일부 경우에 -40℃에서 +155℃까지 크게 변할 수 있다. 온도의 변화는 또한 MTJ 감지 회로(100)의 감도를 변화시킨다. 감도의 변화는 선형 기울기 또는 고차 곡선을 갖는 온도에 비례할 수 있다. 감도의 온도 계수는 500ppm/C만큼 높을 수 있다.

도 5는 선형 부분에서 측정된 하프 브리지 MTJ 감지 회로(100)의 응답 곡선을 도시한다. 특히, 도 4는 -30℃, 30℃ 및 125℃의 세 가지 다른 온도에서 측정된 응답 곡선을 보여준다.

넓은 온도 범위에서 센서를 작동하면 열에 의한 감도 변화가 유도되어, 센서의 정확도를 저해한다. 어떤 경우에는, 출력 드리프트가 5%씩 다를 수 있다. 따라서, 자기 센서의 출력에 대한 열 보상이 필요하다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 개시내용은 외부 자기장을 측정하고 브리지 구성으로 연결된 복수의 MTJ 감지 소자를 포함하는 MTJ 감지 회로로서, MTJ 감지 회로는 바이어스 전압을 입력하고 MTJ 감지 회로의 바이어스 전압 및 이득 감도를 외부 자기장에 곱한 값에 비례하는 출력 전압을 생성하기 위한 입력부 가지며, 상기 이득 감도 및 출력 전압은 온도에 따라 변하고; MTJ 감지 회로는 출력 전압이 온도의 함수로서 실질적으로 일정하도록 온도 범위에 걸쳐 온도의 함수로서 변하는 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 온도 보상 회로를 더 포함하는 MTJ 감지 회로에 관한 것이다.

본 개시는 또한 온도 변화에 대한 출력 전압을 보상하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명은 예로서 제공되고 도면에 의해 예시된 실시예의 설명의 도움으로 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 MTJ 감지 소자의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 MTJ 감지 소자에 대한 저항 대 외부 자기장의 응답 곡선을 보여준다.
도 3은 하프 브리지 MTJ 감지 회로를 도시한다.
도 4는 풀 브리지 MTJ 감지 회로를 도시한다.
도 5는 선형 부분에서 측정된 하프 브리지 MTJ 감지 회로의 응답 곡선을 도시한다.
도 6은 실시예에 따라 온도 보상된 외부 자기장을 측정하기 위한 방법 단계를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 방법에 따라 온도 변화에 대해 보정되고 MTJ 감지 회로에서의 이득 감도를 보고한다.
도 8은 일 실시예에 따른 보정 회로를 도시한다.
도 9는 실시예에 따른 온도 센서 회로를 도시한다.
도 10은 다른 실시예에 따른 온도 센서 회로를 도시한다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 온도 센서 회로를 도시한다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 온도 센서 회로를 도시한다.
도 13은 바이어스 전압이 온도에 따라 변조되지 않은 MTJ 감지 회로의 응답 곡선을 보여준다. 그리고
도 14는 바이어스 전압이 온도에 따라 변조되는 MTJ 감지 회로의 응답 곡선을 보여준다.

선형 기울기 또는 고차 곡선을 갖는 온도에 비례하는 온도 변화를 갖는 것이 가능하다.

이득 감도(G(T))는 다음과 같이 온도(T)의 함수로 변한다:

(2)

여기서, f(T)는 선형 온도 함수 또는 고차 온도 함수이다.

일 실시예에서, MTJ 감지 회로(100)를 사용하여 온도 보상된 외부 자기장(H)을 측정하는 방법은 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))에 이득 감도(G(T))를 곱한 값이 일정하록 바이어스 전압(V_bias)을 온도(T)로 변조하는 단계를 포함한다:

V_bias(T) × G(T) = 상수 (3)

방법은 MTJ 감지 회로(100)의 입력(101)에 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))을 제공하고 출력(102)에 제공된 출력 전압(V_out)을 측정하는 단계를 더 포함한다.

변조된 바이어스 전압(V_bias)(T)을 제공하면 MTJ 감지 회로(100)가 외부 자기장(H)에 따라 변하지만 온도(T)가 변할 때 실질적으로 일정한 출력 전압(V_out)을 출력할 수 있다.

방법은 MTJ 감지 회로(100)의 온도(T)를 측정하고 MTJ 감지 회로(100)의 온도(T)에 비례하는 보정 온도 신호(30)(도 10 참조)를 제공하는 단계를 더 포함한다.

방법은 바이어스 전압(V_bias)을 생성하고 보정 온도 신호를 사용하여 생성된 바이어스 전압(V_bias)을 변조하고 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))을 제공하는 단계를 더 포함한다. 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))은 선형 기울기 또는 고차 곡선과 같은 온도 함수(f(T))와 함께 보정 온도 신호를 사용하여 제공된다.

도 6은 방법 단계, 특히 MTJ 감지 회로(100)(M1)의 온도(T)를 측정하는 단계; 바이어스 전압(V_bias)(M2)을 생성하는 단계; 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))(M3)을 제공하는 단계; 및 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))을 MTJ 감지 회로(100)의 입력부(101)에 입력하는 단계(M4)를 개략적으로 나타낸다.

MTJ 감지 회로(100)(M1)의 온도(T)를 측정하는 단계, 바이어스 전압(V_bias)을 생성하는 단계, 및 변조된 바이어스 전압(V_bias(T))을 제공하는 단계는 열 변화를 보상하기 위해 아날로그 회로를 사용하여 수행될 수 있다.

도 7은 MTJ 감지 회로(100)에서 이득 감도(G(t))를 보고하고 본 명세서에 개시된 방법에 따라 온도 변화에 대해 보정된다. 보정된 이득 감도(G(t))는 (감도(G(T))의 손실을 보상하는) 온도 변화와 실질적으로 무관하다.

도 8은 일 실시예에 따른 온도 변화에 대한 MTJ 감지 회로(100)의 출력 전압(V_out)을 보상하기 위한 보정 회로를 도시한다. 보정 회로(300)는 온도(T)에 비례하는 기준 전압(V_ref)를 생성하도록 구성된 온도 센서 회로(301)(기준 생성기)를 포함한다. 보정 회로(300)는 변조된 바이어스 전압(V_bias)(T)을 MTJ 감지 회로(100)에 공급하도록 구성된 바이어스 전압 제어 회로(302)(MTJ 감지 회로 조정기)를 더 포함한다. 보정 회로(300)는 또한 출력 전압(V_out)이 입력되는 아날로그 프론트-엔드 증폭기(303)를 포함한다. 보정 회로(300)는 CMOS 온칩 장치로 설계될 수 있다.

일반적으로, MTJ 감지 회로(100)는 온도(T)가 증가함에 따라 단조 감소하는 기능을 갖는 감도(G(T))를 갖는다. 보다 구체적으로, 감도(G(T))는 25℃ 미만의 온도에서 더 강하게 변하고 25℃ 이상의 온도에서는 덜 변한다. 따라서, 감도(G(T))의 온도 함수(f(T))는 온도와 선형이 아니다.

일 실시예에서, 일정한(변조되지 않은) 바이어스 전압(V_bias)이 MTJ 감지 회로(100)에 입력된다. MTJ 감지 회로(100)의 감도(G(T))는 고정된 간격으로 온도(T)의 범위에 걸쳐 측정된다. 감도(G(T))는 mV/V/mT, 즉 인가된 자기장의 mT에 대한 바이어스 전압(V_bias)의 V에 대한 출력 전압(V_out)의 mV에 해당한다. 그런 다음, 측정된 감도(G(T))를 표로 만들고 각 간격에 대한 정규화된 계수를 얻기 위해 25℃로 정규화한다. 그런 다음, 정규화된 계수가 반전되어 바이어스 전압(V_bias)을 스케일링하는 데 사용된다. 그 결과가 온도(T)에 대해 평탄한 감도(G(T))를 산출한다.

다른 실시예에서, 출력 전압(V_out)은 선형 온도 함수(f(T))와 곱해져서 온도가 증가함에 따라 출력 전압(V_out)이 증가하여 온도에 대해 평탄한 감도(G(T)), 즉 감도(G(T))의 손실을 보상한다. 선형 온도 함수(f(T))는 1차 곡선 핏(curve fit)을 기반으로 할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 바이어스 전압(V_bias)은 온도에 따른 감도(G(T))의 손실에 상보적인 양의 온도 기울기로 변경된다. 이 구성에서, MTJ 감지 회로(100)는 바이어스 전압(V_bias)에 따라 출력 전압(V_out)을 스케일링하는 곱셈기로서 사용된다.

이 구성은 절대 온도(PTAT)에 비례하는 온도 의존 전압과 혼합된 조정 가능한 온도 독립 전압으로 MTJ 감지 회로(100)를 바이어싱함으로써 구현될 수 있다.

보다 구체적으로, 온도 센서 회로(301)(기준 발생기)는 바이어스 전압 제어 회로(302)(MTJ 감지 회로 조정기)와 함께어 단일 연산 증폭기를 사용하는 회로(도 9 참조)의 한 스테이지에 결합된다. 이 단계에 대한 입력은 온도 독립 전류(I_{poly Down})와 PTAT 전류(I_ptatRef)의 조합이다. 스테이지에는 두 전류 소스(I_polyoffset, I_ptat)를 스케일링하는 DAC 역할을 하는 선택 가능한 전류 미러(전류 DAC) 어레이가 포함되어 있으며, 상기 두 전류 소스는 전류를 원하는 온도 종속 출력 기준(V_bias)을 생성하기 위해 함께 합산되는 전압으로 변환하는 연산 증폭기 회로에 주입된다. 5비트 코드는 바이어스 전압(V_bias)의 고정 성분을 조정하는 반면 다른 5비트 코드는 바이어스 전압(V_bias)의 PTAT 성분을 조정한다. PTAT 자체는 사용할 수 없으므로 PTAT와 고정 전압이 모두 필요하다. 실제로, PTAT 전압의 경우, 기울기가 강할수록 25℃에서 전압이 커진다. 전압과 기울기는 종속 함수이다.

또 다른 실시예에서, 선형 온도 함수(f(T))는 2개의 상이한 기울기, 즉 25℃ 미만의 온도(T)에 대한 제1 기울기 및 25℃ 이상인 온도(T)에 대한 제2 기울기를 포함한다. 2개의 기울기 선형 온도 함수(f(T))는 더 나은, 더 효과적인 온도 보상을 허용한다.

이 실시예는 제3 변형에 대해 유사하게 구현될 수 있지만, 온도 함수(f(T))의 2개의 상이한 기울기에 대해 구현될 수 있다. 도 10은 저항(R_ptatX)으로 유입되는 PTAT 전류(I_ptat)를 사용하여 IC 온도(T)를 결정하는 방법을 도시한다. 저항(R_ptatX)에 걸리는 전압은 온도(T)에 따라 켈빈도 단위로 직접 조정된다. 이 온도 의존 전압에 비교기(311)를 배치하면 온도가 25℃를 통해 전환될 때 보상 기울기를 변경하는 현재 DAC에 대해 2개의 서로 다른 5비트 코드 쌍을 선택할 수 있다.

이상적인 보정 곡선에 대한 이중 기울기 근사가 구현될 수 있다. 바이어스 전압 제어 회로(302)의 출력(조정기 출력)에 필터링을 추가하면 전환 동안 글리칭(glitching)을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 비교기(311)는 전환 근처에서 채터링(chattering)을 피하기 위해 히스테리시스를 갖는다. 도 11의 회로를 계속 사용할 수 있지만, 이제 온도가 25℃를 넘으면 두 쌍의 5비트 코드가 변경된다. 비트 수는 반드시 5일 필요는 없으며(예를 들어, 6비트일 수 있음), 이는 구현에 필요한 사양에 따라 다르다. 비교기 출력 V_comp(도 12에서 "TempAbove25c"로 표시됨)에 의해 트리거되는 양방향 디지털 멀티플렉서(미도시)는 메모리에 저장된 두 개의 서로 다른 디지털 숫자 쌍 중에서 선택하거나 하드와이어된다.

또 다른 실시예에서, 온도에 따른 감도(G(T))의 손실은 여러 온도 서브범위에 대해 특성화된다. 각 온도 서브범위에 대해, 기준 전압(V_ref)이 정의되어 MTJ 감지 회로(100)의 바이어스 증폭기에 입력되며, 기준 전압(V_ref)은 디지털 룩업 테이블(LUT)에 따라 각 온도 서브범위에 대해 변경된다. 예를 들어, -40℃ 내지 125℃의 온도 범위에 대해, 기준 전압(V_ref) 및 바이어스 전압(V_bias)은 10℃의 각 온도 서브범위에 대해 정의된다. 온도 서브범위는 10℃일 필요는 없지만 MTJ 감지 회로(100)의 온도 보상에 대해 갖고자 하는 정확도에 따라 20℃, 30℃ 등과 같은 적절한 값을 가질 수 있다.

감도 대 온도 곡선의 비선형성을 고려하여 보상 방식을 개선하기 위해, 온도 감도 프로파일의 이상적인 역(逆) 부분 선형 근사가 구현될 수 있다. 도 11의 예시된 예에서, -40℃ 내지 125℃의 온도 범위는 10℃의 16개 온도 서브범위로 나뉜다. PTAT 전류(I_ptat)를 복수의 서브범위 저항(R_{ptat_i})(각 온도 의존 전압에 대한 하나의 서브범위 저항(R_{ptat_i}))를 포함하는 저항 스트링에 강제함으로써 복수의 온도 의존 전압(V_{_Ti})(V-40℃, V-30℃,… , V110℃, V120℃)이 생성된다. 온도 의존 전압(V_{_Ti})은 복수의 비교기(312)에서 복수의 고정 전압 기준(V_{Ref_Ti})(Vref-30℃, Vref-20℃,… , Vref110℃, Vef120℃)과 쌍으로 비교되어, 복수의 히스테리시스 비교기 출력 (T_{aboveM3_Ti)}(T_aboveM30°C,T_aboveM20°C,… , T_aboveM110°C, T_aboveM120°C)을 산출한다.

복수의 히스테리시스 비교기 출력(T_{aboveM3_Ti})은 가장 높은 논리 HI 입력((Select0, Select1,… , Select14, Select15)을 기초로 인코딩된 16개의 메모리 위치 우선순위들 간에 선택된 어레이 기반 메모리 셀(315)에 연결된다. 어레이 기반 메모리 셀(315)은 16개의 레지스터를 가지며, 각 레지스터는 MTJ 감지 회로(100)의 원하는 아날로그 바이어스 전압(V_bias)을 디지털 방식으로 표현한다.

도 12는 16개의 디지털 코드를 10℃마다 변경되는 온도 센서 회로(301)에 대한 전압 기준(V_{Ref_Ti})로 변환하는 DAC를 도시한다. 레지스터 및 온도 서브범위의 정확한 수는 조정 가능하며 필요한 온도 보상 분해능에 따라 다르다.

대안적인 구성에서, 한 쌍의 비교기(312)는 10℃의 온도 범위를 윈도우(window)한다. 한 쌍의 비교기(312)는 측정된 온도에 기초하여 윈도우 스팬(window span)이 상이한 온도 위치로 이동되도록 배열될 수 있다. 그러한 구성에서, 요구되는 임의의 수의 온도 서브범위에 대해 2개의 비교기(312)만이 필요하다.

도 13은 실온 RT, 125℃ 및 -20℃에서 선형 부분에서 측정된 MTJ 감지 회로(100)의 응답 곡선을 도시한 것으로, 여기서 바이어스 전압(V_bias)은 온도에 따라 변조되지 않는다.

도 14는 실온 RT, 125℃, 55℃, 85℃, -10℃ 및 -20℃에서 선형 부분에서 측정된 MTJ 감지 회로(100)의 응답 곡선을 도시한 것으로, 여기서 바이어스 전압(V_bias)은 본 명세서에 개시된 방법에 따라 온도로 변조된다. 도 8은 MTJ 감지 회로(100) 및 본 명세서에 개시된 방법을 사용하여 관찰된 감도의 온도 보상 거동의 상당한 개선을 도시한다.

본 발명은 전술한 예시적인 실시예에 국한되지 않고 특허 청구범위 내에서 구현의 다른 예가 또한 가능하다는 것이 이해된다.

예를 들어, 본 발명의 방법은 예측 가능한 온도 계수를 갖는 다른 유형의 센서에 대해 유사한 온도 보정을 수행하는 데 사용될 수 있다.

10 MTJ 감지 소자
100 MTJ 감지 회로
101 입력부
102 출력부
2 자기터널접합
21 감지 강자성층
210 감지 자화
22 터널 장벽층
23 고정 강자성층
230 고정 자화
250 감지 축
30 보정 온도 신호
300 보정 회로
301 온도 센서
302 바이어스 전압 제어 회로
303 아날로그 프런트 엔드 증폭기
311 비교기
312 비교기들
315 어레이 기반 메모리 셀
H 외부 자기장
LP 선형 부분
T 온도
V_bias 바이어스 전압
V_bias(T) 변조 바이어스 전압
V_out 출력 전압
V_Ref 기준 전압

Claims

외부 자기장을 측정하고 브리지 구성으로 연결된 복수의 MTJ 감지 소자를 포함하는 MTJ 감지 회로로서,
MTJ 감지 회로는 바이어스 전압을 입력하고 MTJ 감지 회로의 바이어스 전압 및 이득 감도를 외부 자기장에 곱한 값에 비례하는 출력 전압을 생성하기 위한 입력부 가지며, 상기 이득 감도 및 출력 전압은 온도에 따라 변하고;
MTJ 감지 회로는 출력 전압이 온도의 함수로서 실질적으로 일정하도록 온도 범위에 걸쳐 온도의 함수로서 변하는 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 온도 보상 회로를 더 포함하는 MTJ 감지 회로.
제1항에 있어서,
온도 보상 회로는 상기 온도 범위에 걸쳐 선형 온도 함수의 기울기를 사용하여 상기 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성되며, 온도 기울기는 온도에 따른 상기 이득 감도의 변화에 상보적인 MTJ 감지 회로.
제2항에 있어서,
온도 보상 회로는 상기 온도 범위에 걸쳐 상기 이득 감도를 측정하도록 구성된 온도 센서 회로를 포함하는 MTJ 감지 회로.
제2항에 있어서,
온도 보상 회로는 온도 의존적 절대 온도에 비례하는(PTAT) 전류와 조정 가능한 온도 독립적 전류를 결합하도록 구성되는 MTJ 감지 회로.
제4항에 있어서,
온도 보상 회로는 상기 온도 독립적 전류 및 PTAT 전류가 입력되는 연산 증폭기를 포함하고;
연산 증폭기는 온도 독립적 전류 및 PTAT 전류를 상기 변조된 바이어스 전압을 생성하는 것과 같은 전압으로 변환하는 MTJ 감지 회로.
제1항에 있어서,
온도 보상 회로는 제1 기울기 및 상기 제1 기울기와 상이한 제2 기울기를 갖는 선형 온도 함수를 사용하여 상기 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성되고, 상기 제1 기울기에서 제2 기울기로의 변화는 미리 결정된 전이 온도에서 수행되는, MTJ 감지 회로.
제6항에 있어서,
온도 보상 회로는 온도 의존적 전압을 제공하기 위해 저항에 흐르는 PTAT 전류를 포함하고;
온도 의존적 전압이 상기 전이 온도에서 제1 기울기에서 제2 기울기로 변경하도록 구성된 비교기에 입력되는 MTJ 감지 회로.
제6항에 있어서,
전이 온도는 약 25℃인 MTJ 감지 회로.
제1항에 있어서,
온도 보상 회로는 복수의 기준 전압을 생성하도록 구성되며, 각각의 기준 전압은 온도 범위 중 온도 서브범위에 대응하며;
각각의 기준 전압은 디지털 룩업 테이블에 따라 각 온도 서브범위에 대해 정의되고 바이어스 전압을 제공하는 MTJ 감지 회로.
제9항에 있어서,
각각의 온도 서브범위는 약 10℃의 온도 범위를 갖는 MTJ 감지 회로.
제1항에 있어서,
온도 범위는 -40℃ 내지 125℃로 확장되는 MTJ 감지 회로.
브리지 구성으로 연결된 복수의 MTJ 감지 소자를 포함하는 MTJ 감지 회로의 출력 전압을 보상하는 방법으로서,
MTJ 감지 회로는 바이어스 전압을 입력하고 MTJ 감지 회로의 바이어스 전압 및 이득 감도를 외부 자기장에 곱한 값에 비례하는 출력 전압을 생성하기 위한 입력부를 가지며, 상기 이득 감도 및 출력 전압은 온도에 따라 변하고;
MTJ 감지 회로는 온도 범위에 걸쳐 온도의 함수로서 변하는 변조된 바이어스 전압을 제공하도록 구성된 온도 보상 회로를 더 포함하며, 상기 방법은:
MTJ 감지 회로의 온도를 측정하는 단계; 및
변조된 바이어스 전압에 이득 감도를 곱한 값이 일정하도록 온도로 바이어스 전압을 변조하기 위해 온도 보상 회로를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
측정된 온도에 비례하는 보정 온도 신호를 제공하는 단계; 및
온도 함수와 결합해 보정 온도 신호를 사용하여 상기 바이어스 전압을 변조하는 단계를 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
온도 함수는 하나의 기울기를 갖는 온도 범위에 대한 선형 온도 함수를 포함하는 방법.
제13항에 있어서,
상기 온도 함수는 제1 기울기 및 상기 제1 기울기와 상이한 제2 기울기를 갖는 온도 범위에 대한 선형 온도 함수를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 온도 보상 회로는 복수의 기준 전압을 생성하도록 구성되며, 각각의 기준 전압은 온도 범위 중 온도 서브범위에 대응하며, 상기 방법은:
디지털 룩업 테이블에 따라 각 온도 서브범위에 대한 기준 전압을 정의하고 바이어스 전압을 제공하는 단계를 포함하는 바이어스 전압을 온도로 변조하는 단계를 포함하는 방법.