TW202043795A

TW202043795A - 磁場感測裝置

Info

Publication number: TW202043795A
Application number: TW109108682A
Authority: TW
Inventors: 袁輔德
Original assignee: 愛盛科技股份有限公司
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-12-01
Also published as: US11243275B2; US20200300943A1; TWI731620B; CN111707977B; CN111707977A

Abstract

一種磁場感測裝置，包括多個第一磁電阻單元、多個第二磁電阻單元、一第一測試導線、一第二測試導線及一驅動器。這些第一磁電阻單元沿著一第一方向排列。這些第二磁電阻單元沿著第一方向排列，且這些第二磁電阻單元配置於這些第一磁電阻單元於一第二方向上的一側。第一測試導線配置於這些第一磁電阻單元於一第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸。第二測試導線配置於這些第二磁電阻單元於第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸。驅動器用以在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經第一測試導線與第二測試導線。

Description

磁場感測裝置

本發明是有關於一種磁場感測裝置。

磁力計（magnetometer）對具有指南針及運動追跡（motion tracking）功能的系統而言是重要的元件，對於諸如智慧型手機、平板電腦或智慧型手錶等可攜式系統或諸如無人機（drone）等工業系統而言，磁力計需具有很小的封裝尺寸及在高輸出資料速率（output data rate）下需具有高能源效率。這些需求使磁電阻（magnetoresistance, MR）感測器包括異向性磁電阻（anisotropic MR, AMR）感測器、巨磁電阻（giant MR, GMR）感測器及穿隧磁電阻（tunneling MR, TMR）感測器成為主流。

對於諸如人工智慧（artificial intelligence, AI）、工業4.0（Industry 4.0）或具有高自動化程度的系統等進階應用而言，對元件本身的自我監控（self-monitoring）是一個很動要的功能。因此，在磁力計的研發當中，內建自我測試技術（building-in self-test technology）便成為一個重要的發展方向。

本發明提供一種磁場感測裝置，其內建自我測試的功能。

本發明的一實施例提出一種磁場感測裝置，包括多個第一磁電阻單元、多個第二磁電阻單元、一第一測試導線、一第二測試導線及一驅動器（driver）。這些第一磁電阻單元沿著一第一方向排列，其中每一第一磁電阻單元的感測方向垂直於第一方向。這些第二磁電阻單元沿著第一方向排列，其中每一第二磁電阻單元的感測方向垂直於第一方向，且這些第二磁電阻單元配置於這些第一磁電阻單元於一第二方向上的一側。第一測試導線配置於這些第一磁電阻單元於一第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸。第二測試導線配置於這些第二磁電阻單元於第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸。驅動器電性連接至第一測試導線與第二測試導線，且用以在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經第一測試導線與第二測試導線。

在本發明的一實施例中，這些第一磁電阻單元與這些第二磁電阻單元包括多個異向性磁電阻，且磁場感測裝置包括至少一磁化方向設定元件，配置於這些第一磁電阻單元與這些第二磁電阻單元於第三方向上的一側，且用以將這些異向性磁電阻的磁化方向分別設定為第一方向與第一方向的反方向的至少其中之一。

在本發明的一實施例中，這些第一磁電阻單元與這些第二磁電阻單元被電性連接成至少一種惠斯登電橋，以輸出對應於第二方向上的磁場分量的電壓訊號，或輸出對應於第二方向上的磁場分量及第三方向上的磁場分量的電壓訊號。

在本發明的一實施例中，每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向傾斜，每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向傾斜，且每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向相反於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向。

在本發明的一實施例中，每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括多個第四磁電阻單元、多個第四磁電阻單元、一第三測試導線及一第四測試導線。這些第三磁電阻單元沿著第一方向排列，其中每一第三磁電阻單元的感測方向垂直於第一方向。這些第四磁電阻單元沿著第一方向排列，其中每一第四磁電阻單元的感測方向垂直於第一方向，且這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元依序排列於第二方向。第三測試導線配置於這些第三磁電阻單元於第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸，其中第三測試導線與第一測試導線並聯。第四測試導線配置於這些第四磁電阻單元於第三方向上的一側，且沿著第一方向延伸，其中第四測試導線與第二測試導線並聯。

在本發明的一實施例中，這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元被電性連接成至少一種惠斯登電橋，以輸出對應於第二方向上的磁場分量的電壓訊號，或輸出對應於第二方向上的磁場分量及第三方向上的磁場分量的電壓訊號。

在本發明的一實施例中，這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元包括多個異向性磁電阻，且磁場感測裝置包括至少一磁化方向設定元件，配置於這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元於第三方向上的一側，且用以將這些異向性磁電阻的磁化方向分別設定為第一方向與第一方向的反方向的至少其中之一。

在本發明的一實施例中，每一第一磁電阻單元的感測方向、每一第二磁電阻單元的感測方向、每一第三磁電阻單元的感測方向及每一第四磁電阻單元的感測方向皆相對於第二方向傾斜，每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向相反於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向，每一第三磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向相同於每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向，且每一第四磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜方向。

在本發明的一實施例中，每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度，每一第三磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度相同於每一第四磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度，且每一第一磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度相同於每一第三磁電阻單元的感測方向相對於第二方向的傾斜程度。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括一基板及一絕緣層。第一測試導線與第二測試導線配置於基板上。絕緣層覆蓋第一測試導線與第二測試導線，絕緣層的頂部具有一凹槽，凹槽具有二個相對的傾斜側壁，而這些第一磁電阻單元與這些第二磁電阻單元分別配置於二個傾斜側壁上。

在本發明的實施例的磁場感測裝置中，由於採用了第一測試導線及第二測試導線，且由於利用驅動器在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經第一測試導線與第二測試導線，因此磁場感測裝置能夠內建自我測試的功能。

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的磁場感測裝置沿著I-I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包括多個第一磁電阻單元110、多個第二磁電阻單元120、一第一測試導線210、一第二測試導線220及一驅動器400。這些第一磁電阻單元110沿著一第一方向D1排列，其中每一第一磁電阻單元110的感測方向S1垂直於第一方向D1。這些第二磁電阻單元120沿著第一方向D1排列，其中每一第二磁電阻單元120的感測方向S2垂直於第一方向D1，且這些第二磁電阻單元120配置於這些第一磁電阻單元110於一第二方向D2上的一側。第一測試導線210配置於這些第一磁電阻單元110於一第三方向D3上的一側，且沿著第一方向D1延伸。第二測試導線220配置於這些第二磁電阻單元120於第三方向D3上的一側，且沿著第一方向D1延伸。在本實施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3彼此互相垂直。然而，在其他實施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3也可以是彼此不垂直的三個不同方向。

驅動器100電性連接至第一測試導線210與第二測試導線220，且用以在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經第一測試導線210與第二測試導線220。

在本實施例中，磁場感測裝置100更包括多個第三磁電阻單元130、多個第四磁電阻單元140、一第三測試導線230及一第四測試導線240。這些第三磁電阻單元130沿著第一方向D1排列，其中每一第三磁電阻單元130的感測方向S3垂直於第一方向D1。這些第四磁電阻單元140沿著第一方向D1排列，其中每一第四磁電阻單元140的感測方向S4垂直於第一方向D1。第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140依序排列於第二方向D2。第三測試導線230配置於這些第三磁電阻單元130於第三方向D3上的一側，且沿著第一方向D1延伸，其中第三測試導線230與第一測試導線210並聯。第四測試導線240配置於這些第四磁電阻單元140於第三方向D3上的一側，且沿著第一方向D1延伸，其中第四測試導線240與第二測試導線220並聯。

圖2A為圖1A的磁場感測裝置當驅動器對第一測試導線與第二測試導線施加反向電流時的上視示意圖，而圖2B為圖2A的磁場感測裝置沿著I-I線的剖面示意圖。圖3A為圖1A的磁場感測裝置當驅動器對第一測試導線與第二測試導線施加同向電流時的上視示意圖，而圖3B為圖3A的磁場感測裝置沿著I-I線的剖面示意圖。請先參照圖2A與圖2B，在一第一時間時，驅動器400使兩反向電流J1與J2分別流經第一測試導線210與第二測試導線220，且使兩反向電流J1與J2分別流經第三測試導線230與第四測試導線240，其中電流J1的方向例如是朝向第一方向D1，而電流J2的方向例如是朝向第一方向D1的反方向。此時，在圖2B的剖面上，第一測試導線210與第三測試導線230會產生逆時針方向的磁場B1，而使得這些第一磁電阻單元110與這些第三磁電阻單元130感受到平行於第二方向D2的磁場（例如是朝向第二方向D2的反方向的磁場）。此外，第二測試導線220與第四測試導線240會產生順時針方向的磁場B2，而使得這些第二磁電阻單元120與這些第四磁電阻單元140感受到平行於第二方向D2的磁場（例如是朝向第二方向D2的磁場），但其方向H1相反於第一磁電阻單元110與第三磁電阻單元130所感受到的磁場的方向H2。在本實施例中，方向H1與第二方向D2相反，而方向H2與第二方向D2相同。具體而言，驅動器400中的開關元件（switch）使端點P1與端點P3相接而導通，且驅動器400在端點P4注入電流，而使電流從端點P2流出，如此便能夠在第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240分別產生電流J1、電流J2、電流J1及電流J2。

在不同於第一時間的一第二時間時，如圖3A與圖3B所示，驅動器400使同向電流J2流經第一測試導線210與第二測試導線220，且使同向電流J2流經第三測試導線230與第四測試導線240。此時，在圖3B的剖面上，第一測試導線210、第二測試導線220、第三測試導線230及第四測試導線240皆產生順時針方向的磁場B2，而使得這些第一磁電阻單元110、這些第二磁電阻單元120、這些第三磁電阻單元130及這些第四磁電阻單元140皆感受到平行於第二方向D2的磁場，且第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140所感受到的磁場的方向H2皆同向。具體而言，驅動器400中的開關元件（switch）使端點P1與端點P4相接而導通，且驅動器400在端點P2注入電流，而使電流從端點P3流出，如此便能夠在第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240皆產生電流J2。

如此一來，在第一時間與第二時間所產生的磁場B1與B2便能夠作為第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的參考磁場，而使得與第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的電路能夠藉由參考磁場來校正第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140，進而使本實施例的磁場感測裝置100能夠內建自我測試的功能。

請再參照圖1A與圖1B，在本實施例中，這些第一磁電阻單元110、這些第二磁電阻單元120、這些第三磁電阻單元130及這些第四磁電阻單元140包括多個異向性磁電阻，且磁場感測裝置100包括至少一磁化方向設定元件500（在圖1A中是以兩個磁化方向設定元件510與520為例），配置於這些第一磁電阻單元110、這些第二磁電阻單元120、這些第三磁電阻單元130及這些第四磁電阻單元140於第三方向D3上的一側，且用以將這些異向性磁電阻的磁化方向分別設定為第一方向D1與第一方向D1的反方向的至少其中之一。舉例而言，磁化方向設定元件510設置在圖1A左半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的下方，而磁化方向設定元件520設置在圖1A右半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的下方。磁化方向設定元件510與520例如為導線，其沿著第二方向D2延伸。磁化方向設定元件510適於被通以第二方向D2的反方向的電流，以將圖1A左半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的磁化方向設定為第一方向D1的反方向，而磁化方向設定元件520適於被通以第二方向D2的電流，以將圖1A右半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的磁化方向設定為第一方向D1。或者，磁化方向設定元件510適於被通以第二方向D2的電流，以將圖1A左半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的磁化方向設定為第一方向D1，而磁化方向設定元件520適於被通以第二方向D2的反方向的電流，以將圖1A右半邊的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的磁化方向設定為第一方向D1的反方向。

圖4A與圖4B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4A，圖1A的第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的每一者可以包括一個或多個異向性磁電阻300，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D。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H之前，可先藉由磁化方向設定元件510來設定其磁化方向，其中磁化方向設定元件510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4A中，磁化方向設定元件510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510不通電，以使異向性磁電阻300開始量測外在磁場H。當沒有外在磁場H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4B所示，當圖4B的短路棒310的延伸方向設於與圖4A的短路棒310的延伸方向夾90度的方向時（此時圖4B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510將異向性磁電阻300的磁化方向M設定為圖4A所示的反向時，之後在外在磁場H下的圖4A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510將異向性磁電阻300的磁化方向M設定為圖4B所示的反向時，之後在外在磁場H下的圖4B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R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510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R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R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i變成反向時，異向性磁電阻300的電阻值R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D或磁化方向設定元件510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H的某一分量時，異向性磁電阻300的電阻值R的變化方向，即電阻值R變大或變小，例如變化量是+ΔR或-ΔR。

圖5繪示圖1A的第一、第二、第三及第四磁電阻單元連接成一惠斯登電橋（Wheatstone bridge）。請參照圖1A及圖5，這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140被電性連接成至少一種惠斯登電橋（例如圖5所繪示的惠斯登電橋），以輸出對應於第二方向D2上的磁場分量的電壓訊號。舉例而言，當圖5的惠斯登電橋的端點P5接收參考電壓VDD，且使端點P6耦接至地，則端點P7與端點P8之間的電壓差可以為輸出訊號，此輸出訊號為一差分訊號，其大小會對應於在第二方向D2上的磁場分量的大小。其中，圖5亦繪示了第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的短路棒310的延伸方向，但這只是其中一種示例，在其他實施例中，第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的短路棒310的延伸方向可以是其他各種適當的延伸方向，本發明不以此為限。此外，圖5所繪示的惠斯登電橋也只是其中一種示例，在其他實施例中，亦可連接成其他連接方式的惠斯登電橋（也就是其他種惠斯登電橋）。

由於第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240在第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140所產生的參考磁場的方向皆平行於第二方向D2，因此當圖5所繪示的惠斯登電橋感測圖3A的參考磁場時，便能夠用來校正惠斯登電橋對第二方向D2磁場分量的感測準確度。

請參照圖1B，在本實施例中，磁場感測裝置100更包括一基板610、一絕緣層620及一絕緣層630。基板610例如為半導體基板或其他電路基板，而驅動器400配置於基板610中或基板610上。第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240配置於基板610上，而絕緣層630覆蓋第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240。具體而言，絕緣層620覆蓋第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240，磁化方向設定元件500配置於絕緣層620上，而絕緣層630覆蓋磁化方向設定元件500，且第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140配置於絕緣層630上。

圖6A為本發明的另一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖，而圖6B為圖6A的磁場感測裝置沿著II-II線的剖面示意圖。請參照圖6A與圖6B，本實施例的磁場感測裝置100a類似於圖1A與圖1B的磁場感測裝置100，而兩者的差異如下所述。本實施例的磁場感測裝置100a更包括一絕緣層640，覆蓋第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240。具體而言，在本實施例中，絕緣層640配置於絕緣層630上。絕緣層640的頂部具有多個凹槽642，每一凹槽642具有二個相對的傾斜側壁。舉例而言，圖6B左邊的凹槽具有二個相對的傾斜側壁L1與L2，而圖6B的右邊的凹槽具有二個相對的傾斜側壁L3與L4。這些第一磁電阻單元110與這些第二磁電阻單元120分別配置於傾斜側壁L1與傾斜側壁L2上，而這些第三磁電阻單元130與這些第四磁電阻單元140分別配置於傾斜側壁L3與傾斜側壁L4上。

由於這些第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140是配置於傾斜側壁L1、L2、L3及L4上，因此每一第一磁電阻單元110的感測方向S1、每一第二磁電阻單元120的感測方向S2、每一第三磁電阻單元130的感測方向S3及每一第四磁電阻單元140的感測方向S4皆相對於第二方向D2傾斜。在本實施例中，每一第一磁電阻單元110的感測方向S1相對於第二方向D2的傾斜方向相反於每一第二磁電阻單元120的感測方向S2相對於第二方向D2的傾斜方向，每一第三磁電阻單元130的感測方向S3相對於第二方向D2的傾斜方向相同於每一第一磁電阻單元110的感測方向S1相對於第二方向D2的傾斜方向，且每一第四磁電阻單元140的感測方向S4相對於第二方向D2的傾斜方向相同於每一第二磁電阻單元120的感測方向S2相對於第二方向D2的傾斜方向。

在本實施例中，每一第一磁電阻單元110的感測方向S1相對於第二方向D2的傾斜程度相同於每一第二磁電阻單元120的感測方向S2相對於第二方向D2的傾斜程度，每一第三磁電阻單元130的感測方向S3相對於第二方向D2的傾斜程度相同於每一第四磁電阻單元140的感測方向S4相對於第二方向D2的傾斜程度，且每一第一磁電阻單元110的感測方向S1相對於第二方向D2的傾斜程度相同於每一第三磁電阻單元130的感測方向S3相對於第二方向D2的傾斜程度。

在本實施例中，由於第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140均設置於傾斜側壁上，因此每一異向性磁電阻既可以感測到第二方向D2的磁場分量，且可以感測到第三方向D3的磁場分量。因此，當第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140被連接成如圖5的惠斯登電橋，且在端點P5接收參考電壓VDD，且使端點P6耦接至地，則端點P7與端點P8之間的電壓差可以為輸出訊號，此輸出訊號為一差分訊號，其大小會對應於在第二方向D2上的磁場分量的大小，而第三方向D3上的磁場分量對第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的影響則在此惠斯登電橋內部被抵銷，而使這些影響對於端點P7與端點P8之間的電壓差沒有貢獻。也就是說，在連接成此惠斯登電橋時，可以只量測第二方向D2上的磁場分量，而不受第三方向D3上的磁場分量的影響。

此外，在另一時間中，第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140被連接成如圖7的惠斯登電橋，且在端點P9接收參考電壓VDD，且使端點P10耦接至地，則端點P11與端點P12之間的電壓差可以為輸出訊號，此輸出訊號為一差分訊號，其大小會對應於在第三方向D3上的磁場分量的大小，而第二方向D2上的磁場分量對第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140的影響則在此惠斯登電橋內部被抵銷，而使這些影響對於端點P11與端點P12之間的電壓差沒有貢獻。也就是說，在連接成此惠斯登電橋時，可以只量測第三方向D3上的磁場分量，而不受第二方向D2上的磁場分量的影響。

圖5的惠斯登電橋與圖7的惠斯登電橋的切換可藉由位於基板610中的開關元件來實現。換言之，本實施例藉由使第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140連接成兩種不同的惠斯登電橋，以分別輸出對應於第二方向D2上的磁場分量及第三方向上的磁場分量的電壓訊號。然而，在其他實施例中，亦可以只採用一種惠斯登電橋（例如只採用圖5的惠斯登電橋），但在另一時間藉由磁化方向設定元件500改變第一與第三磁電阻單元110與130，使其磁化方向變為原本的反向，如此可以達到只使用一種惠斯登電橋就在兩個不同的時間分別量測第二方向D2的磁場分量與第三方向D3的磁場分量的功能。而磁化方向設定元件500所產生的磁場切換，可藉由設計磁化方向設定元件500的走線及藉由基板610中的切換電路的切換來達成。

圖8為本發明的又一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖。請參照圖8，本實施例的磁場感測裝置100b與圖1A的磁場感測裝置100類似，而兩者的差異如下所述。圖1A的磁場感測裝置100採用了第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140與第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230及240來感測磁場與自我校正，然而，在本實施例之磁場感測裝置100b中，可以只採用第一及第二磁電阻單元110及120與第一及第二測試導線210及220來感測磁場與自我校正，而第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140可以被連接成惠斯登電橋，以感測第二方向D2上的磁場分量。類似的圖6A的磁場感測裝置100a也可以改成只採用第一及第二磁電阻單元110及120與第一及第二測試導線210及220來感測磁場與自我校正，而第一、第二、第三及第四磁電阻單元110、120、130及140可以被連接成至少一惠斯登電橋，來感測第二方向D2與第三方向D3上的磁場分量。

圖9為本發明的再一實施例的磁場感測裝置的測試導線的上視示意圖。請參照圖9，本實施例的磁場感測裝置具有多組如圖1A的第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230、240，而這些組測試導線中的第一與第三測試導線210與230彼此串聯，且這些組測試導線中的第二與第四測試導線220與240彼此串聯。此外，每一組第一、第二、第三及第四測試導線210、220、230、240上方也都分別有第一、第二、第三及第四磁電阻感測單元110、120、130、140，在圖9中就不再繪示出來。如此之磁場感測裝置也能達到圖1A的磁場感測裝置的內建自我測試功能。

圖10為本發明的另一實施例的磁場感測裝置的測試導線的上視示意圖。請參照圖10，本實施例的磁場感測裝置所具有的多組測試導線與圖9的磁場感測裝置所具有的多組測試導線類似，而兩者的差異在於在本實施例中，每組測試導線還包括一第五測試導線250與一第六測試導線260，其分別類似於第三測試導線230與第四測試導線240，其中每一組測試導線中的第一、第三及第五測試導線210、230及250彼此並聯，且每一組測試導線中的第二、第四及第六測試導線220、240及260彼此並聯。此外，組與組間的第一、第三、第五測試導線210、230及250則是串聯，且組與組間的第二、第四及第六測試導線220、240及260也是串聯。此外，每一組第五與第六測試導線250及260上方也都分別有多個第五磁電阻感測單元與多個第六磁電阻感測單元，其分別類似於第一磁電阻感測單元110與第二磁電阻感測單元120，在圖10中就不再繪示出來。如此之磁場感測裝置也能達到圖1A的磁場感測裝置的內建自我測試功能。

綜上所述，在本發明的實施例的磁場感測裝置中，由於採用了第一測試導線及第二測試導線，且由於利用驅動器在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經第一測試導線與第二測試導線，因此磁場感測裝置能夠內建自我測試的功能。

100、100a、100b:磁場感測裝置 110:第一磁電阻單元 120:第二磁電阻單元 130:第三磁電阻單元 140:第四磁電阻單元 210:第一測試導線 220:第二測試導線 230:第三測試導線 240:第四測試導線 250:第五測試導線 260:第六測試導線 300:異向性磁電阻 310:短路棒 320:鐵磁膜 400:驅動器 500、510、520:磁化方向設定元件 610:基板 620、630、640:絕緣層 642:凹槽 B1、B2:磁場 D:延伸方向 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:第三方向 H:外在磁場 H1、H2:方向 i:電流 J1、J2:電流 L1、L2、L3、L4:傾斜側壁 M:磁化方向 P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12:端點 S1、S2、S3、S4:感測方向 VDD:參考電壓

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的磁場感測裝置沿著I-I線的剖面示意圖。圖2A為圖1A的磁場感測裝置當驅動器對第一測試導線與第二測試導線施加反向電流時的上視示意圖。圖2B為圖2A的磁場感測裝置沿著I-I線的剖面示意圖。圖3A為圖1A的磁場感測裝置當驅動器對第一測試導線與第二測試導線施加同向電流時的上視示意圖。圖3B為圖3A的磁場感測裝置沿著I-I線的剖面示意圖。圖4A與圖4B是用以說明圖1A中的異向性磁電阻的運作原理。圖5繪示圖1A的第一、第二、第三及第四磁電阻單元連接成一惠斯登電橋。圖6A為本發明的另一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖。圖6B為圖6A的磁場感測裝置沿著II-II線的剖面示意圖。圖7繪示圖6A的第一、第二、第三及第四磁電阻單元連接成另一種惠斯登電橋圖8為本發明的又一實施例的磁場感測裝置的上視示意圖。圖9為本發明的再一實施例的磁場感測裝置的測試導線的上視示意圖。圖10為本發明的另一實施例的磁場感測裝置的測試導線的上視示意圖。

100:磁場感測裝置

110:第一磁電阻單元

120:第二磁電阻單元

130:第三磁電阻單元

140:第四磁電阻單元

210:第一測試導線

220:第二測試導線

230:第三測試導線

240:第四測試導線

500、510、520:磁化方向設定元件

D1:第一方向

D2:第二方向

D3:第三方向

P1、P2、P3、P4:端點

S1、S2、S3、S4:感測方向

Claims

一種磁場感測裝置，包括：多個第一磁電阻單元，沿著一第一方向排列，其中每一第一磁電阻單元的感測方向垂直於該第一方向；多個第二磁電阻單元，沿著該第一方向排列，其中每一第二磁電阻單元的感測方向垂直於該第一方向，且該些第二磁電阻單元配置於該些第一磁電阻單元於一第二方向上的一側；一第一測試導線，配置於該些第一磁電阻單元於一第三方向上的一側，且沿著該第一方向延伸；一第二測試導線，配置於該些第二磁電阻單元於該第三方向上的一側，且沿著該第一方向延伸；以及一驅動器，電性連接至該第一測試導線與該第二測試導線，且用以在不同的時間分別使兩同向電流及兩反向電流流經該第一測試導線與該第二測試導線。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該些第一磁電阻單元與該些第二磁電阻單元包括多個異向性磁電阻，且該磁場感測裝置包括至少一磁化方向設定元件，配置於該些第一磁電阻單元與該些第二磁電阻單元於該第三方向上的一側，且用以將該些異向性磁電阻的磁化方向分別設定為該第一方向與該第一方向的反方向的至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該些第一磁電阻單元與該些第二磁電阻單元被電性連接成至少一種惠斯登電橋，以輸出對應於該第二方向上的磁場分量的電壓訊號，或輸出對應於該第二方向上的磁場分量及該第三方向上的磁場分量的電壓訊號。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向傾斜，每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向傾斜，且每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向相反於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向。
如申請專利範圍第4項所述的磁場感測裝置，其中每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，更包括：多個第三磁電阻單元，沿著該第一方向排列，其中每一第三磁電阻單元的感測方向垂直於該第一方向；多個第四磁電阻單元，沿著該第一方向排列，其中每一第四磁電阻單元的感測方向垂直於該第一方向，且該些第一、第二、第三及第四磁電阻單元依序排列於該第二方向；一第三測試導線，配置於該些第三磁電阻單元於該第三方向上的一側，且沿著該第一方向延伸，其中該第三測試導線與該第一測試導線並聯；以及一第四測試導線，配置於該些第四磁電阻單元於該第三方向上的一側，且沿著該第一方向延伸，其中該第四測試導線與該第二測試導線並聯。
如申請專利範圍第6項所述的磁場感測裝置，其中該些第一、第二、第三及第四磁電阻單元被電性連接成至少一種惠斯登電橋，以輸出對應於該第二方向上的磁場分量的電壓訊號，或輸出對應於該第二方向上的磁場分量及該第三方向上的磁場分量的電壓訊號。
如申請專利範圍第6項所述的磁場感測裝置，其中該些第一、第二、第三及第四磁電阻單元包括多個異向性磁電阻，且該磁場感測裝置包括至少一磁化方向設定元件，配置於該些第一、第二、第三及第四磁電阻單元於該第三方向上的一側，且用以將該些異向性磁電阻的磁化方向分別設定為該第一方向與該第一方向的反方向的至少其中之一。
如申請專利範圍第6項所述的磁場感測裝置，其中每一第一磁電阻單元的感測方向、每一第二磁電阻單元的感測方向、每一第三磁電阻單元的感測方向及每一第四磁電阻單元的感測方向皆相對於該第二方向傾斜，每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向相反於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向，每一第三磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向相同於每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向，且每一第四磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜方向。
如申請專利範圍第9項所述的磁場感測裝置，其中每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度相同於每一第二磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度，每一第三磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度相同於每一第四磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度，且每一第一磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度相同於每一第三磁電阻單元的感測方向相對於該第二方向的傾斜程度。
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，其中該第一測試導線與該第二測試導線配置於該基板上；以及一絕緣層，覆蓋該第一測試導線與該第二測試導線，該絕緣層的頂部具有一凹槽，該凹槽具有二個相對的傾斜側壁，而該些第一磁電阻單元與該些第二磁電阻單元分別配置於該二個傾斜側壁上。