TW201715251A - 磁場感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種磁場感測裝置，包括一磁通集中器及多個磁電阻單元。磁通集中器具有一頂面、一相對於頂面的底面及多個連接頂面與底面的側面，而這些磁電阻單元分別配置於這些側面旁。這些磁電阻單元在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋，以分別量測三個不同方向的磁場分量，並使此至少一種惠斯登全橋輸出分別對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。

Description

磁場感測裝置

本發明是有關於一種磁場感測裝置。

隨著可攜式電子裝置的普及，能夠感應地磁方向的電子羅盤之技術便受到重視。當電子羅盤應用於體積小的可攜式電子裝置（如智慧型手機）時，電子羅盤除了需符合體積小的需求之外，最好還能夠達到三軸的感測，這是因為使用者以手握持手機時，有可能是傾斜地握持，且各種不同的握持角度也都可能產生。此外，電子羅盤亦可應用於無人機（drone）（例如遙控飛機、遙控直升機等）上，而此時電子羅盤亦最好能夠達到三軸的感測。

一種習知技術是採用複合式感測元件的方法來達到三軸的感測，具體而言，其利用兩個彼此垂直配置的巨磁阻（giant magnetoresistance, GMR）多層膜結構（或穿隧磁阻（tunneling magnetoresistance, TMR）多層膜結構）與一個霍爾元件（Hall element）來達到三軸的感測。然而，由於霍爾元件的感測靈敏度不同於巨磁阻多層膜結構（或穿隧磁阻多層膜結構）的感測靈敏度，這會造成其中一軸上的精確度與其他兩軸上的精確度不同。如此一來，當使用者將可攜式電子裝置旋轉至不同的角度時，將導致對同一磁場的感測靈敏度不同，進而造成使用上的困擾。

在習知技術中，為了達到磁場的多軸感測，通常採用了二次以上的製程，也就是採用了兩塊以上的晶圓的製程來製作出多軸向磁場感測模組，如此將使製程複雜化，且難以降低製作成本。此外，如此亦使得磁場感測裝置難以進一步縮小。

本發明提供一種磁場感測裝置，其具有簡化的結構，且可具有較小的體積。

本發明的一實施例提出一種磁場感測裝置，包括一磁通集中器及多個磁電阻單元。磁通集中器具有一頂面、一相對於頂面的底面及多個連接頂面與底面的側面，而這些磁電阻單元分別配置於這些側面旁。這些磁電阻單元在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋（Wheatstone full bridge），以分別量測三個不同方向的磁場分量，並使此至少一種惠斯登全橋輸出分別對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。

在本發明的一實施例中，在三個不同時間的任一個時，此至少一種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向中的一個方向的磁場分量的差分訊號，此時此至少一種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向的磁場分量的差分訊號皆為零。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括一切換電路，電性連接這些磁電阻單元，其中此至少一種惠斯登全橋為三種惠斯登全橋，切換電路在三個不同時間分別將這些磁電阻單元電性連接成此三種惠斯登全橋，此三種惠斯登全橋分別量測三個不同方向的磁場分量，並分別輸出對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括一基板，其中磁通集中器與這些磁電阻單元配置於基板上，且切換電路設於基板中。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括多個磁化方向設定元件，分別配置於這些磁電阻單元旁，以分別設定這些磁電阻單元的磁化方向，其中此至少一種惠斯登全橋為一種惠斯登全橋，這些磁化方向設定元件在三個不同時間分別將這些磁電阻單元的磁化方向設定成三種不同的組合，以使此種惠斯登全橋在三個不同時間分別量測三個不同方向的磁場分量，並分別輸出對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。

在本發明的一實施例中，每一磁電阻單元包括至少一異向性磁電阻。

在本發明的一實施例中，每一磁電阻單元中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於對應的側面，且實質上平行於頂面與底面。

在本發明的一實施例中，這些側面為四個側面，相鄰的二個側面的法線彼此實質上垂直，此三個不同方向為一第一方向、一第二方向及一第三方向，第一方向與第二方向落在與四個側面的多個法線平行的平面上，且與這些法線實質上夾45度角，第一方向與第二方向彼此實質上垂直，且第三方向實質上垂直於第一方向與第二方向。

在本發明的一實施例中，磁通集中器的材料包括導磁率大於10的鐵磁材料。

在本發明的一實施例中，磁通集中器的殘磁小於其飽和磁化量的10%。

在本發明的一實施例中，底面的二個對角線分別平行於三個不同方向的其中二個，且三個不同方向的剩餘一個實質上垂直於底面。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括一基板，其中磁通集中器與這些磁電阻單元配置於基板上，且基板為半導體基板、玻璃基板或電路基板。

在本發明的一實施例中，在三個不同時間的任一個中，這些磁電阻單元電性連接成的惠斯登全橋的數量為一個。

在本發明的實施例的磁場感測裝置中，採用了磁通集中器來使三個不同方向的磁場分量彎曲至這些磁電阻單元可感測的方向，且這三個不同方向的磁場分量在彎曲後通過這些磁電阻單元的方向有三種不同的組合。如此一來，透過這些磁電阻單元在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋，便能夠分別量測三個不同方向的磁場分量，並使此至少一種惠斯登全橋輸出分別對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。因此，本發明的實施例的磁場感測裝置便能夠具有簡化的結構且同時能實現三軸的磁場量測，進而可以具有較小的體積。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本發明的一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖，而圖1B為圖1A之磁場感測裝置沿著A-A線的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例的磁場感測裝置100包括一磁通集中器110及多個磁電阻單元200。磁通集中器110具有一頂面112、一相對於頂面112的底面114（如圖1B所繪示）及多個連接頂面112與底面114的側面116，而這些磁電阻單元200分別配置於這些側面116旁。

在本實施例中，磁通集中器110的材料包括導磁率大於10的鐵磁材料。此外，磁通集中器110的殘磁例如小於其飽和磁化量的10%。舉例而言，磁通集中器110為軟磁材料，例如為鎳鐵合金、鈷鐵或鈷鐵硼合金、鐵氧磁體或其他高導磁率材料。

此外，在本實施例中，每一磁電阻單元200包括至少一異向性磁電阻（anisotropic magnetoresistance）。圖2A與圖2B是用以說明圖1A中的異向性磁電阻的運作原理。請先參照圖2A，異向性磁電阻300具有理髮店招牌（barber pole）狀結構，亦即其表面設有相對於異向性磁電阻300的延伸方向D傾斜45度延伸的多個短路棒（electrical shorting bar）310，這些短路棒310彼此相間隔且平行地設置於鐵磁膜（ferromagnetic film）320上，而鐵磁膜320為異向性磁電阻300的主體，其延伸方向即為異向性磁電阻300的延伸方向。此外，鐵磁膜320的相對兩端可製作成尖端狀。

異向性磁電阻300在開始量測外在磁場之前，可先藉由磁化方向設定元件來設定其磁化方向，其中磁化方向設定元件例如是可以藉由通電產生磁場的線圈、導線、金屬片或導體。在圖2A中，磁化方向設定元件可藉由通電產生沿著延伸方向D的磁場，以使異向性磁電阻300具有磁化方向M。

接著，磁化方向設定元件不通電，以使異向性磁電阻300開始量測外在磁場。當沒有外在磁場時，異向性磁電阻300的磁化方向M維持在延伸方向D上，此時施加一電流I，使電流I從異向性磁電阻300的左端流往右端，則短路棒310附近的電流I的流向會與短路棒310的延伸方向垂直，而使得短路棒310附近的電流I流向與磁化方向M夾45度，此時異向性磁電阻300的電阻值為R

當有一外在磁場H朝向垂直於延伸方向D的方向時，異向性磁電阻300的磁化方向M會往外在磁場H的方向偏轉，而使得磁化方向與短路棒附近的電流I流向的夾角大於45度，此時異向性磁電阻300的電阻值有-ΔR的變化，即成為R-ΔR，也就是電阻值變小，其中ΔR大於0。

然而，若如圖2B所示，當圖2B的短路棒310的延伸方向設於與圖2A的短路棒310的延伸方向夾90度的方向時（此時圖2B的短路棒310的延伸方向仍與異向性磁電阻300的延伸方向D夾45度），且當有一外在磁場H時，此外在磁場H仍會使磁化方向M往外在磁場H的方向偏轉，此時磁化方向M與短路棒310附近的電流I流向的夾角會小於45度，如此異向性磁電阻300的電阻值會變成R+ΔR，亦即異向性磁電阻300的電阻值變大。

此外，藉由磁化方向設定元件將異向性磁電阻的磁化方向M設定為圖2A所示的反向時，之後在外在磁場H下的圖2A的異向性磁電阻300的電阻值會變成R+ΔR。再者，藉由磁化方向設定元件將異向性磁電阻的磁化方向M設定為圖2B所示的反向時，之後在外在磁場H下的圖2B的異向性磁電阻300的電阻值會變成R-ΔR。

綜合上述可知，當短路棒310的設置方向改變時，異向性磁電阻300的電阻值對應於外在磁場H的變化會從+ΔR變為-ΔR或反之，且當磁化方向設定元件所設定的磁化方向M改變成反向時，異向性磁電阻300的電阻值對應於外在磁場H的變化會從+ΔR變為-ΔR或反之。當外在磁場H的方向變為反向時，異向性磁電阻300的電阻值對應於外在磁場H的變化會從+ΔR變為-ΔR或反之。然而，當通過異向性磁電阻300的電流變成反向時，異向性磁電阻300的電阻值對應於外在磁場H的變化則維持與原來相同正負號，即原本若為+ΔR，改變電流方向後仍為+ΔR，若原本為-ΔR，改變電流方向後仍為-ΔR。

依照上述的原則，便可藉由設計短路棒310的延伸方向或磁化方向設定元件所設定的磁化方向M來決定當異向性磁電阻300受到外在磁場的某一分量時，異向性磁電阻300的電阻值的變化方向，即電阻值變大或變小，例如變化量是+ΔR或-ΔR。

請再參照圖1A與圖1B，在本實施例中，每一磁電阻單元200中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於對應的側面116，且實質上平行於頂面112與底面114。具體而言，磁電阻單元200a中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於側面116a，磁電阻單元200b中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於側面116b，磁電阻單元200c中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於側面116c，且磁電阻單元200d中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於側面116d。

圖3A至圖3C分別繪示當x、y及z方向磁場分量通過圖1A之磁通集中器110時的磁力線（magnetic flux line）的偏轉狀況。請先參照圖1A、圖1B與圖3A，本實施例的磁場感測裝置100所處的空間可用一直角座標系來定義，其中x方向與y方向分別實質上平行於頂面112的兩條對角線，而z方向實質上垂直於頂面112。此外，x方向、y方向與z方向彼此互相垂直。在本實施例中，頂面112例如呈正方形，4個側面116均實質上垂直於頂面112，且任兩相鄰的側面116彼此實質上互相垂直，亦即相鄰的二個側面116的法線彼此實質上垂直。換言之，x方向與y方向落在與四個側面116的多個法線平行的平面上，且與這些法線實質上夾45度角。

如圖3A所繪示，當一沿著+x方向的磁場分量Hx經過磁通集中器110時，磁場分量Hx的磁力線在經過磁通集中器110附近時，其方向會傾向於轉變成垂直於磁通集中器110的表面（例如是側面116a、116b、116c及116d）的方向。如此一來，當沿著+x方向有一外在磁場的磁場分量Hx時，便會如圖4A那樣分別在側面116a、116b、116c及116d旁的磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x。

請再參照圖3B與圖4B，當一沿著+y方向的磁場分量Hy經過磁通集中器110時，磁場分量Hy的磁力線在經過磁通集中器110附近時，其方向會傾向於轉變成垂直於磁通集中器110的側面116a、116b、116c及116d的方向。如此一來，當沿著+y方向有一外在磁場的磁場分量Hy時，便會如圖4B那樣分別在側面116a、116b、116c及116d旁的磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y。

請再參照圖1B及圖4C，當一沿著-z方向的磁場分量Hz經過磁通集中器110時，磁場分量Hz的磁力線在經過磁通集中器110的側面116附近時，其方向會傾向於轉變成垂直於磁通集中器110的側面116a、116b、116c及116d的方向。如此一來，當沿著-z方向有一外在磁場的磁場分量Hz時，便會如圖4C那樣分別在側面116a、116b、116c及116d旁的磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z。

圖5A、圖5B與圖5C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測x方向的磁場分量時的等效電路圖，圖6A、圖6B與圖6C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測y方向的磁場分量時的等效電路圖，而圖7A、圖7B與圖7C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測z方向的磁場分量時的等效電路圖。請參照圖1A、圖5A至圖5C、圖6A至圖6C及圖7A至圖7C，第一實施例的磁場感測裝置100的元件配置如圖1A及圖1B所繪示，而其在量測x方向的磁場分量Hx時的等效電路如圖5A至圖5C所繪示，其在量測y方向的磁場分量Hy時的等效電路如圖6A至圖6C所繪示，而其在量測z方向的磁場分量Hz時的等效電路如圖7A至圖7C所繪示。

在本實施例中，這些磁電阻單元200（包括磁電阻單元200a、200b、200c及200d）在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋（在本實施例中例如是圖5A至圖5C的第一種惠斯登全橋、圖6A至圖6C的第二種惠斯登全橋及圖7A至圖7C的第三種惠斯登全橋等三種惠斯登全橋），以分別量測三個不同方向（即第一方向（例如x方向）、第二方向（例如y方向）及第三方向（例如z方向）的磁場分量（例如磁場分量Hx、Hy及Hz），並使此至少一種惠斯登全橋（例如是前述三種惠斯登全橋）輸出分別對應於三個不同方向（如x方向、y方向及z方向）的磁場分量（例如磁場分量Hx、Hy及Hz）的三個訊號。在其他實施例中，上述三個不同方向並不一定要彼此互相垂直，也可以有至少兩個方向彼此不垂直。

在本實施例中，底面114實質上平行於頂面112，且例如亦為正方形，底面114的二個對角線分別平行於三個不同方向的其中二個（例如x方向與y方向），且三個不同方向的剩餘一個（例如z方向）實質上垂直於底面114。

在本實施例中，磁場感測裝置100更包括一切換電路120電性連接這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d，切換電路120在三個不同時間分別將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成如圖5A至圖5C的第一種惠斯登全橋、如圖6A至圖6C的第二種惠斯登全橋及如圖7A至圖7C的第三種惠斯登全橋等三種惠斯登全橋，此三種惠斯登全橋分別量測三個不同方向（如x方向、y方向及z方向）的磁場分量（例如磁場分量Hx、Hy及Hz），並分別輸出對應於三個不同方向的磁場分量（例如磁場分量Hx、Hy及Hz）的三個訊號。

在本實施例中，磁場感測裝置100更包括一基板130，其中磁通集中器110與這些磁電阻單元200配置於基板130上，且切換電路120設於基板130中。基板130例如為半導體基板（如矽基板）、玻璃基板或電路基板，其中電路基板例如為設有導電線路且表面覆蓋有絕緣層的矽基板。

在本實施例中，在三個不同時間的任一個時，此至少一種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向中的一個方向的磁場分量的差分訊號，此時此至少一種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向的磁場分量的差分訊號皆為零。舉例而言，在三個不同時間中的第一個時間時，如圖5A至圖5C所繪示，第一種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向（即x、y及z方向）中的一個方向（如x方向）的磁場分量Hx的差分訊號，此時第一種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向（即y與z方向）的磁場分量Hy及Hz的差分訊號皆為0。此外，在三個不同時間中的第二個時間時，如圖6A至圖6C所繪示，第二種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向（即x、y及z方向）中的一個方向（如y方向）的磁場分量Hy的差分訊號，此時第二種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向（即x與z方向）的磁場分量Hx及Hz的差分訊號皆為0。再者，在三個不同時間中的第三個時間時，如圖7A至圖7C所繪示，第三種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向（即x、y及z方向）中的一個方向（如z方向）的磁場分量Hz的差分訊號，此時第三種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向（即x與y方向）的磁場分量Hx及Hy的差分訊號皆為0。

此外，在本實施例中，在上述三個不同時間的任一個中，這些磁電阻單元200電性連接成的惠斯登全橋的數量為一個。

具體而言，在三個不同時間中的第一個時間時，請先參照圖5A，當外在磁場有磁場分量Hx時，會分別在磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x。在本實施例中，磁場感測裝置100（請參照圖1A）更包括多個磁化方向設定元件400，分別配置於這些磁電阻單元200旁。舉例而言，磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d分別配置於這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d旁。磁化方向設定元件400可設於對應的磁電阻單元200的上方、下方或上下兩方，以設定磁電阻單元200的磁化方向。藉由圖2A與圖2B的相關段落所描述的設置方式（包括短路棒310的設置方向及磁電阻單元200的初始磁化方向的設定方向），可使磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x分別產生-ΔR、+ΔR、-ΔR及+ΔR的電阻值變化。如此一來，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間便存在一電壓差，即輸出電壓Vx，此輸出電壓Vx即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hx的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vx的大小，便能夠推知磁場分量Hx的大小。

另一方面，請參照圖5B，當外在磁場有磁場分量Hy時，會分別在磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y。由於磁場分量f1y的方向為圖5A之磁場分量f1x的反向，因此磁電阻單元200a的電阻變化變為+ΔR。此外，由於磁場分量f3y的方向為圖5A之磁場分量f3x的反向，因此磁電阻單元200c的電阻變化變為-ΔR。如此一來，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y便會分別產生+ΔR、+ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

再者，請參照圖5C，當外在磁場有磁場分量Hz時，會分別在磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z。此時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z便會分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

因此，當磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成如圖5A至圖5C之第一種惠斯登全橋時，磁場分量Hy與Hz對於接點V1與V3所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vx只與磁場分量Hx有關，所以第一種惠斯登全橋可以用來量測x方向的磁場分量Hx。第一種惠斯登全橋即為：磁電阻單元200a與磁電阻單元200c串接，磁電阻單元200b與磁電阻單元200d串接，前述串接的這兩串再並接，接點V2電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200b之間，接點V4電性連接於磁電阻單元200c與磁電阻單元200d之間，接點V1電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200c之間，且接點V3電性連接於磁電阻單元200b與磁電阻單元200d之間。

在三個不同時間中的第二個時間時，請再參照圖6A，切換電路120將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成第二種惠斯登全橋，第二種惠斯登全橋即為：磁電阻單元200a與磁電阻單元200c串接，磁電阻單元200d與磁電阻單元200b串接，前述串接的這兩串再並接，接點V1電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200d之間，接點V3電性連接於磁電阻單元200b與磁電阻單元200c之間，接點V2電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200c之間，且接點V4電性連接於磁電阻單元200d與磁電阻單元200b之間。磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向的設定方向皆與圖5A至圖5C一致，因此當外在磁場有磁場分量Hx時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x同樣會分別產生-ΔR、+ΔR、-ΔR及+ΔR的電阻值變化。如此一來，當接點V1與接點V3之間施加一電壓差時，接點V2與接點V4之間的電壓差便會實質上為0，也就是輸出的差分訊號為0。

另一方面，請參照圖6B，當外在磁場有磁場分量Hy時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y分別產生+ΔR、+ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V1與接點V3之間施加一電壓差時，接點V2與接點V4之間會存在一電壓差，即為輸出電壓Vy，此輸出電壓Vy即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hy的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vy的大小，便能夠推知磁場分量Hy的大小。

再者，請參照圖6C，當外在磁場有磁場分量Hz時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z便會分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V1與接點V3之間施加一電壓差時，接點V2與接點V4之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

因此，當磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成如圖6A至圖6C之第二種惠斯登全橋時，磁場分量Hx與Hz對於接點V2與V4所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vy只與磁場分量Hy有關，所以第二種惠斯登全橋可以用來量測y方向的磁場分量Hy。

在三個不同時間中的第三個時間時，請再參照圖7A，切換電路120將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成第三種惠斯登全橋，第三種惠斯登全橋即為：磁電阻單元200a與磁電阻單元200d串接，磁電阻單元200b與磁電阻單元200c串接，前述串接的這兩串再並接，接點V2電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200b之間，接點V4電性連接於磁電阻單元200c與磁電阻單元200d之間，接點V1電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200d之間，且接點V3電性連接於磁電阻單元200b與磁電阻單元200c之間。磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向的設定方向皆與圖5A至圖5C一致，因此當外在磁場有磁場分量Hx時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x同樣會分別產生-ΔR、+ΔR、-ΔR及+ΔR的電阻值變化。如此一來，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差便會實質上為0，也就是輸出的差分訊號為0。

另一方面，請參照圖7B，當外在磁場有磁場分量Hy時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y分別產生+ΔR、+ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差會實質上為0，亦即輸出的差分訊號為0。

再者，請參照圖7C，當外在磁場有磁場分量Hz時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z便會分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間會存在一電壓差，即為輸出電壓Vz，此輸出電壓Vz即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hy的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vz的大小，便能夠推知磁場分量Hz的大小。

因此，當磁電阻單元200a、200b、200c及200d電性連接成如圖7A至圖7C之第三種惠斯登全橋時，磁場分量Hx與Hy對於接點V1與V3所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vz只與磁場分量Hz有關，所以第三種惠斯登全橋可以用來量測z方向的磁場分量Hz。

如此一來，當經過了第一時間、第二時間及第三時間之後，磁場感測裝置100便能依序測得外在磁場的磁場分量Hx、磁場分量Hy及磁場分量Hz，藉此可得知外在磁場的大小與方向。當磁場感測裝置100不斷地重複依序形成第一時間、第二時間及第三時間的第一種、第二種及第三種惠斯登全橋時，便能持續且即時地監控外在磁場相對於磁場感測裝置100的變化，亦即例如可監控磁場感測裝置100相對於地磁的方向變化。

圖8繪示圖5A至圖7C的三種惠斯登全橋所適用的磁電阻單元的短路棒設置方向與磁化方向的設置方向的一實例。請參照圖5A與圖8，在本實施例中，磁電阻單元200a、200b、200c及200d的短路棒310均朝向x方向延伸，磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d分別配置於磁電阻單元200a、200b、200c及200d，且磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d在分別設定磁電阻單元200a、200b、200c及200d的磁化方向時所通的電流方向分別為電流方向I1、I2、I3及I4，而使得磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向分別被設定為磁化方向M1、M2、M3及M4。其中，電流方向I1朝向x-y方向，電流方向I2朝向x+y方向，電流方向I3朝向-x+y方向，電流方向I4朝向-x-y方向，磁化方向M1朝向x+y方向，磁化方向M2朝向-x+y方向，磁化方向M3朝向-x-y方向，而磁化方向M4朝向x-y方向。經由上述設定，當外在磁場有磁場分量Hx，便能夠使磁電阻單元200a、200b、200c及200d分別產生-ΔR、+ΔR、-ΔR及+ΔR的電阻值變化（如圖5A、圖6A及圖7A所繪示的狀況），且亦適用於圖5B、圖5C、圖6B、圖6C、圖7B及圖7C所繪示的狀況。然而，上述磁化方向M1～M4、電流方向I1～I4及磁電阻單元200a、200b、200c及200d的短路棒310的延伸方向並不以圖8的實例為限，圖8僅僅是舉出多種變化中的一種實例。舉例而言，圖8中的磁電阻單元200a的短路棒310可以改成往y方向延伸，且同時將電流方向I1改成反向，即變成朝向-x+y方向，這樣可使磁化方向M1反向，即變成朝向-x-y方向，在此設定下，當如圖5A那樣有一磁場分量Hx時，磁電阻單元200a的電阻值變化量仍維持為-ΔR。因此，在此設置下，磁場感測裝置100的量測結果仍與圖5A至圖7C的量測結果一致。其他關於磁電阻單元200b、200c及200d的設置方向同理亦可作改變。

此外，圖5A至圖7C所繪示的電阻值變化的組合也只是其中一種例子，這些電阻值變化的組合亦可作等效的改變，只要在三個不同時間的任一個時，此三種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於三個不同方向中的一個方向的磁場分量的差分訊號，此時此三種惠斯登全橋所產生的對應於三個不同方向中的其餘兩個方向的磁場分量的差分訊號皆為零即可。

另外，上述第一時間、第二時間與第三時間的出現順序亦不作限定，其可以是任何適當的排列方向。舉例而言，亦可以是依序出現第二惠斯登全橋、第一惠斯登全橋及第三惠斯登全橋，以依序量測磁場分量Hy、磁場分量Hx及磁場分量Hz。

在本實施例的磁場感測裝置100中，由於在一個時間中採用一個惠斯登全橋，就可以在三個不同時間分別感測三個不同方向的磁場分量，因此磁場感測裝置100的結構較為簡單，而可以具有較小的體積。相較於採用三個惠斯登全橋分別量測三個不同方向的磁場分量的磁場感測裝置，本實施例的磁場感測裝置100的體積可以減少至三分之一，因此可大幅縮減磁場感測裝置100的體積，進而降低磁場感測裝置100的製作成本。

此外，藉由磁化方向設定元件400a～400d可以初始化磁電阻單元200a～200d的磁化方向配置，使得磁電阻單元200a～200d在強外在磁場的衝擊之後，仍然能夠被正常使用。另外，藉由改變磁化方向設定元件400a～400d的電流方向，以形成磁電阻單元200a～200d的不同的磁化方向配置，可量測出磁電阻單元200a～200d的動態系統偏移量（dynamic system offset）。藉由將量測值扣除動態系統偏移量，將可更快速地獲得正確的磁場分量數值。同理，也可扣除低頻雜訊（low frequency noise），以使得所測得的磁場分量數值更為準確。

圖9為本發明的另一實施例的磁電阻單元與磁化方向設定元件的上視示意圖。請參照圖8與圖9，圖8中的磁電阻單元200a是以具有一個異向性磁電阻300為例，但其實本發明不以此為限，每一個磁電阻單元200都可具有多個異向性磁電阻300，例如是多個彼此串聯的異向性磁電阻300，以增加輸出訊號的強度。舉例而言，在圖9中，磁電阻單元200a’具有異向性磁電阻301與異向性磁電阻302，其中異向性磁電阻301的相關設置方式可與圖8之磁電阻單元200a一樣，而異向性磁電阻302的相關設置方式可與異向性磁電阻301相同或不同，在圖9中是以不同為例。在圖9中，異向性磁電阻302的短路棒310沿著y方向延伸，而磁化方向設定元件400a’可包括兩個分別設置於異向性磁電阻301與302上方的子磁化方向設定元件401與402。通過子磁化方向設定元件402的電流方向I1’朝向-x+y方向，而使得異向性磁電阻302的初始磁化方向被設定為磁化方向M1’。如此一來，當有外在磁場有一如圖5A的磁場分量Hx時，異向性磁電阻301與異向性磁電阻302皆各自產生-ΔR的電阻值變化，而異向性磁電阻301與異向性磁電阻302串聯起來後的電阻值變化會變成-2ΔR，如此便能夠放大輸出訊號。

圖10繪示圖1A的磁化方向設定元件的另一實施例。請參照圖1A與圖10，在圖10的實施例中，這些磁化方向設定元件400b、400a、400d及400c可以串聯的方示電性連接，如此讓電流依序流經磁化方向設定元件400b、400a、400d及400c時，可分別在磁電阻單元200a、200b、200c及200d產生如圖8之磁化方向M1、M2、M3及M4。

圖11繪示圖1A的磁化方向設定元件的又一實施例。請參照圖1A與圖11，在圖11的實施例中，這些磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d可被各自獨立地控制，例如是藉由基板130中的電路來控制。如此一來，這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d可僅以一種惠斯登全橋來連接，而不同的磁場分量Hx、Hy及Hz對這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d在第一時間至第三時間是產生+ΔR的電阻值變化或-ΔR的電阻值變化，則可透過各自控制磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d的電流方向來決定，且可藉由使電流方向反向變化來使電阻值變化從+ΔR變成-ΔR或反之。

圖12A、圖12B與圖12C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測x方向的磁場分量時的等效電路圖，圖13A、圖13B與圖13C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測y方向的磁場分量時的等效電路圖，而圖14A、圖14B與圖14C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測z方向的磁場分量時的等效電路圖。第二實施例的磁場感測裝置100是採用圖11之磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d獨立控制的架構，且磁電阻單元200a、200b、200c及200d所連接而成的惠斯登全橋只有一種，且不會變化。

在本實施例中，這些磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d在三個不同時間分別將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d的磁化方向設定成三種不同的組合，以使此一種惠斯登全橋在三個不同時間分別量測三個不同方向的磁場分量Hx、Hy及Hz，並分別輸出對應於三個不同方向的磁場分量Hx、Hy及Hz的三個訊號。

具體而言，在三個不同時間中的第一個時間時，請先參照圖12A，當外在磁場有磁場分量Hx時，透過磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d各自獨立地分別將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向設定至適當的方向的組合（下稱第一種組合），可使這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。舉例而言，當圖12A至圖14C中的這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d的短路棒都是如同圖8所繪示的往x方向延伸時，第一種組合是指磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d分別對磁電阻單元200a、200b、200c及200d設定出磁化方向M1x、M2x、M3及M4，其中磁化方向M1x為圖8之磁化方向M1的反向，磁化方向M2x為圖8之磁化方向M2的反向。也就是說，圖12A至圖12C中的磁化方向設定元件400a的電流方向與圖8中的磁化方向設定元件400a的電流方向相反，且圖12A至圖12C中的磁化方向設定元件400b的電流方向與圖8中的磁化方向設定元件400b的電流方向相反。

此外，不同於第一實施例，本第二實施例的惠斯登全橋只有一種且不會改變，此種惠斯登全橋例如為：磁電阻單元200a與磁電阻單元200d串接，磁電阻單元200b與磁電阻單元200c串接，前述串接的這兩串再並接，接點V2電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200b之間，接點V4電性連接於磁電阻單元200c與磁電阻單元200d之間，接點V1電性連接於磁電阻單元200a與磁電阻單元200d之間，且接點V3電性連接於磁電阻單元200b與磁電阻單元200c之間。然而，在其他實施例中，此一種不會變化的惠斯登全橋亦可以是如圖5A至圖5C的那種惠斯登全橋、如圖6A至圖6C的那種惠斯登全橋或其他適當形式的惠斯登全橋。

在圖12A這種惠斯登全橋的架構下，且這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d如上述分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化，且當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間便存在一電壓差，即輸出電壓Vx，此輸出電壓Vx即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hx的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vx的大小，便能夠推知磁場分量Hx的大小。

請再參照圖12B，當外在磁場有磁場分量Hy時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y會分別產生-ΔR、-ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

請參照圖12C，當外在磁場有磁場分量Hz時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z會分別產生-ΔR、+ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

因此，在圖12A至圖12C之磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向的設定的組合（即上述第一種組合）下，磁場分量Hy與Hz對於接點V1與V3所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vx只與磁場分量Hx有關，因此此種磁化方向的設定組合可以用來量測x方向的磁場分量Hx。

在三個不同時間中的第二個時間時，請先參照圖13A，當外在磁場有磁場分量Hx時，透過磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d各自獨立地分別將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向設定至另一適當的方向的組合（下稱第二種組合），可使這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x分別產生-ΔR、-ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。相較於圖12A，圖13A的磁化方向設定元件400a的電流方向與圖12A的磁化方向設定元件400a的電流方向相反，因此圖13A的磁電阻單元200a的初始磁化方向M1會與圖12A的磁電阻單元200a的初始磁化方向M1x相反，所以圖12A的磁電阻單元200a會有+ΔR的電阻值變化，但圖13A的磁電阻單元200a則是產生-ΔR的電阻值變化，同理，相較於圖12A，圖13A的磁化方向設定元件400c的電流方向與圖12A的磁化方向設定元件400c的電流方向相反，因此圖13A的磁電阻單元200c的初始磁化方向M3y會與圖12A的磁電阻單元200c的初始磁化方向M3相反，所以圖12A的磁電阻單元200c會有+ΔR的電阻值變化，但圖13A的磁電阻單元200c則是產生-ΔR的電阻值變化。另外，圖13A的磁化方向設定元件400b的電流方向則保持與圖12A的磁化方向設定元件400b的電流方向相同，且圖13A的磁化方向設定元件400d的電流方向保持與圖12A的磁化方向設定元件400d的電流方向相同。

此外，圖13A的惠斯登全橋與圖12A的惠斯登全橋一樣，並沒有改變。在圖13A這種惠斯登全橋的架構下，且這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d如上述分別產生-ΔR、-ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化，且當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

請再參照圖13B，當外在磁場有磁場分量Hy時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y會分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間便存在一電壓差，即輸出電壓Vy，此輸出電壓Vy即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hy的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vy的大小，便能夠推知磁場分量Hy的大小。

請參照圖13C，當外在磁場有磁場分量Hz時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z會分別產生+ΔR、+ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

因此，在圖13A至圖13C之磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向的設定的組合（即上述第二種組合）下，磁場分量Hx與Hz對於接點V1與V3所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vy只與磁場分量Hy有關，因此此種磁化方向的設定組合可以用來量測y方向的磁場分量Hy。

在三個不同時間中的第三個時間時，請先參照圖14A，當外在磁場有磁場分量Hx時，透過磁化方向設定元件400a、400b、400c及400d各自獨立地分別將這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向設定至又一適當的方向的組合（下稱第三種組合，即磁化方向M1、M2、M3及M4之組合），可使這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1x、f2x、f3x及f4x分別產生-ΔR、+ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。相較於圖12A，圖14A的磁化方向設定元件400a的電流方向與圖12A的磁化方向設定元件400a的電流方向相反，因此圖14A的磁電阻單元200a的初始磁化方向M1會與圖12A的磁電阻單元200a的初始磁化方向M1x相反，所以圖12A的磁電阻單元200a會有+ΔR的電阻值變化，但圖14A的磁電阻單元200a則是產生-ΔR的電阻值變化，同理，相較於圖12A，圖14A的磁化方向設定元件400b的電流方向與圖12A的磁化方向設定元件400b的電流方向相反，因此圖14A的磁電阻單元200b的初始磁化方向M2會與圖12A的磁電阻單元200b的初始磁化方向M2x相反，所以圖12A的磁電阻單元200b會有-ΔR的電阻值變化，但圖14A的磁電阻單元200b則是產生+ΔR的電阻值變化。另外，圖14A的磁化方向設定元件400c的電流方向則保持與圖12A的磁化方向設定元件400c的電流方向相同，且圖14A的磁化方向設定元件400d的電流方向保持與圖12A的磁化方向設定元件400d的電流方向相同。

此外，圖14A的惠斯登全橋與圖12A的惠斯登全橋一樣，並沒有改變。在圖14A這種惠斯登全橋的架構下，且這些磁電阻單元200a、200b、200c及200d如上述分別產生-ΔR、+ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化，且當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

請再參照圖14B，當外在磁場有磁場分量Hy時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1y、f2y、f3y及f4y會分別產生+ΔR、+ΔR、-ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間的電壓差實質上為0，也就是此時輸出的差分訊號為零。

請參照圖14C，當外在磁場有磁場分量Hz時，磁電阻單元200a、200b、200c及200d對應於磁場分量f1z、f2z、f3z及f4z會分別產生+ΔR、-ΔR、+ΔR及-ΔR的電阻值變化。因此，當接點V2與接點V4之間施加一電壓差時，接點V1與接點V3之間便存在一電壓差，即輸出電壓Vz，此輸出電壓Vz即為一差分訊號，其大小會對應於磁場分量Hz的大小。因此，藉由得知輸出電壓Vz的大小，便能夠推知磁場分量Hz的大小。

因此，在圖14A至圖14C之磁電阻單元200a、200b、200c及200d的初始磁化方向的設定的組合（即上述第三種組合）下，磁場分量Hx與Hy對於接點V1與V3所輸出的電壓是不會有貢獻的，此時的輸出電壓Vz只與磁場分量Hz有關，因此此種磁化方向的設定組合可以用來量測z方向的磁場分量Hz。

如此一來，當經過了第一時間、第二時間及第三時間之後，磁場感測裝置100便能依序測得外在磁場的磁場分量Hx、磁場分量Hy及磁場分量Hz，藉此可得知外在磁場的大小與方向。當磁場感測裝置100不斷地重複第一時間、第二時間及第三時間的磁化方向的設定方向的第一種、第二種及第三種組合時，便能持續且即時地監控外在磁場相對於磁場感測裝置100的變化，亦即例如可監控磁場感測裝置100相對於地磁的方向變化。另外，上述第一時間、第二時間與第三時間的出現順序亦不作限定，其可以是任何適當的排列方向。

綜上所述，在本發明的實施例的磁場感測裝置中，採用了磁通集中器來使三個不同方向的磁場分量彎曲至這些磁電阻單元可感測的方向，且這三個不同方向的磁場分量在彎曲後通過這些磁電阻單元的方向有三種不同的組合。如此一來，透過這些磁電阻單元在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋，便能夠分別量測三個不同方向的磁場分量，並使此至少一種惠斯登全橋輸出分別對應於三個不同方向的磁場分量的三個訊號。因此，本發明的實施例的磁場感測裝置便能夠具有簡化的結構且同時能實現三軸的磁場量測，進而可以具有較小的體積。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧磁場感測裝置
110‧‧‧磁通集中器
120‧‧‧切換電路
130‧‧‧基板
112‧‧‧頂面
114‧‧‧底面
116、116a、116b、116c、116d‧‧‧側面
200、200a、200a’、200b、200c、200d‧‧‧磁電阻單元
300、301、302‧‧‧異向性磁電阻
310‧‧‧短路棒
320‧‧‧鐵磁膜
400、400a、400a’、400b、400c、400d‧‧‧磁化方向設定元件
401、402‧‧‧子磁化方向設定元件
D‧‧‧延伸方向
H‧‧‧外在磁場
Hx、Hy、Hz、f1x、f2x、f3x、f4x、f1y、f2y、f3y、f4y、f1z、f2z、f3z、f4z‧‧‧磁場分量
I‧‧‧電流
I1、I1’、I2、I3、I4‧‧‧電流方向
M、M1、M1’、M1x、M2、M2x、M3、M3y、M4‧‧‧磁化方向
V1、V2、V3、V4‧‧‧接點
Vx、Vy、Vz‧‧‧輸出電壓
x、y、z‧‧‧方向
+ΔR、-ΔR‧‧‧電阻值變化

圖1A為本發明的一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖。 圖1B為圖1A之磁場感測裝置沿著A-A線的剖面示意圖。 圖2A與圖2B是用以說明圖1A中的異向性磁電阻的運作原理。 圖3A至圖3C分別繪示當x、y及z方向磁場分量通過圖1A之磁通集中器時的磁力線（magnetic flux line）的偏轉狀況。 圖4A至圖4C分別繪示當x、y及z方向磁場分量通過圖1A之磁通集中器時，在磁通集中器的側面附近的磁場分量。 圖5A、圖5B與圖5C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測x方向的磁場分量時的等效電路圖。 圖6A、圖6B與圖6C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測y方向的磁場分量時的等效電路圖。 圖7A、圖7B與圖7C為本發明的第一實施例的磁場感測裝置在量測z方向的磁場分量時的等效電路圖。 圖8繪示圖5A至圖7C的三種惠斯登全橋所適用的磁電阻單元的短路棒設置方向與磁化方向的設置方向的一實例。 圖9為本發明的另一實施例的磁電阻單元與磁化方向設定元件的上視示意圖。 圖10繪示圖1A的磁化方向設定元件的另一實施例。 圖11繪示圖1A的磁化方向設定元件的又一實施例。 圖12A、圖12B與圖12C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測x方向的磁場分量時的等效電路圖。 圖13A、圖13B與圖13C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測y方向的磁場分量時的等效電路圖。 圖14A、圖14B與圖14C為本發明的第二實施例的磁場感測裝置在量測z方向的磁場分量時的等效電路圖。

100‧‧‧磁場感測裝置

110‧‧‧磁通集中器

130‧‧‧基板

112‧‧‧頂面

116、116a、116b、116c、116d‧‧‧側面

200、200a、200b、200c、200d‧‧‧磁電阻單元

400、400a、400b、400c、400d‧‧‧磁化方向設定元件

x、y、z‧‧‧方向

Claims (13)

1. 一種磁場感測裝置，包括： 一磁通集中器，具有一頂面、一相對於該頂面的底面及多個連接該頂面與該底面的側面；以及 多個磁電阻單元，分別配置於該些側面旁，其中該些磁電阻單元在三個不同時間電性連接成至少一種惠斯登全橋，以分別量測三個不同方向的磁場分量，並使該至少一種惠斯登全橋輸出分別對應於該三個不同方向的磁場分量的三個訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中在該三個不同時間的任一個時，該至少一種惠斯登全橋所輸出的訊號為對應於該三個不同方向中的一個方向的磁場分量的差分訊號，此時該至少一種惠斯登全橋所產生的對應於該三個不同方向中的其餘兩個方向的磁場分量的差分訊號皆為零。
3. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，更包括一切換電路，電性連接該些磁電阻單元，其中該至少一種惠斯登全橋為三種惠斯登全橋，該切換電路在該三個不同時間分別將該些磁電阻單元電性連接成該三種惠斯登全橋，該三種惠斯登全橋分別量測該三個不同方向的磁場分量，並分別輸出對應於該三個不同方向的磁場分量的該三個訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述的磁場感測裝置，更包括一基板，其中該磁通集中器與該些磁電阻單元配置於該基板上，且該切換電路設於該基板中。
5. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，更包括多個磁化方向設定元件，分別配置於該些磁電阻單元旁，以分別設定該些磁電阻單元的磁化方向，其中該至少一種惠斯登全橋為一種惠斯登全橋，該些磁化方向設定元件在該三個不同時間分別將該些磁電阻單元的磁化方向設定成三種不同的組合，以使該種惠斯登全橋在該三個不同時間分別量測該三個不同方向的磁場分量，並分別輸出對應於該三個不同方向的磁場分量的該三個訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中每一該磁電阻單元包括至少一異向性磁電阻。
7. 如申請專利範圍第6項所述的磁場感測裝置，其中每一磁電阻單元中的異向性磁電阻的延伸方向實質上平行於對應的側面，且實質上平行於該頂面與該底面。
8. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該些側面為四個側面，相鄰的二個側面的法線彼此實質上垂直，該三個不同方向為一第一方向、一第二方向及一第三方向，該第一方向與該第二方向落在與該四個側面的多個法線平行的平面上，且與該些法線實質上夾45度角，該第一方向與該第二方向彼此實質上垂直，且該第三方向實質上垂直於該第一方向與該第二方向。
9. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該磁通集中器的材料包括導磁率大於10的鐵磁材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該磁通集中器的殘磁小於其飽和磁化量的10%。
11. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該底面的二個對角線分別平行於該三個不同方向的其中二個，且該三個不同方向的剩餘一個實質上垂直於該底面。
12. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，更包括一基板，其中該磁通集中器與該些磁電阻單元配置於該基板上，且該基板為半導體基板、玻璃基板或電路基板。
13. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中在該三個不同時間的任一個中，該些磁電阻單元電性連接成的惠斯登全橋的數量為一個。