[发明专利]磁场传感器

说明书

技术领域

本发明一般涉及磁场传感器，特别涉及一种单片集成的三轴全向磁场传感器。

背景技术

如图1所示，磁阻传感器检测平行于感应元件方向的磁场变化。在各向异性磁阻电桥式传感器中，具有磁阻效应的薄膜材料以不同的形状制作在基片上(基片可以是硅、锗硅、砷化镓等半导体材料或二氧化硅等绝缘材料)，以检测本地磁场的强度和方向。通常，磁阻传感器采用薄膜合金，它是一种包含镍和铁的铁磁合金。磁阻传感器的电桥结构采用恒定电压或电流偏置，当外部磁场的大小或方向发生变化时，传感器的电阻会相应地变化，电阻的改变会导致电阻两端的电压降发生变化。因此，通过检测这种电压降的变化就可以间接测量外部磁场的变化。磁阻传感器也可以检测垂直方向的磁场变化，但是感应效果不佳。磁阻传感器的磁滞特性和特性曲线的线性基本上取决于施加磁场作用于导体的均匀性，早期的磁阻传感器不含用于实现磁场尽可能均匀作用于导体上的任何措施，我国专利CN100420953C中公开了一种使用屏蔽条结构减少磁滞现象和提高线性度的磁阻传感器结构。这种传感器同样只能检测平行于传感器的磁场方向。

如图2所示，霍尔传感器检测垂直于感应元件方向的磁场变化。它的工作原理主要基于半导体材料的霍尔效应。当半导体薄片两端通过控制电流时，如果在其垂直方向上施加磁场，则将会在垂直于电流和磁场平面的方向上产生电势差，通过检测这种电势差，即可推断出外部磁场的变化。霍尔传感器的工作原理决定了这种传感器无法检测平行于感应元件方向上的磁场。由于霍尔传感器的制造工艺和标准集成电路制造工艺一致，美国专利US5627398提出了一种CMOS集成电路中制作霍尔传感器的方法，这种传感器同样只能检测垂直于传感器的磁场方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁场传感器，能同时检测平行和垂直方向的磁场。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种磁场传感器芯片，包括：磁阻传感器；霍尔传感器；控制集成电路，所述控制集成电路与所述霍尔传感器处于同一层，并围绕所述霍尔传感器，所述控制集成电路接收并处理所述磁阻传感器和霍尔传感器的输出信号。

所述控制集成电路包括电源偏置电路和信号处理电路；所述电源偏置电路向所述磁阻传感器和霍尔传感器输出偏置信号，以开启或关闭所述磁阻传感器和霍尔传感器；所述信号处理电路接收并处理所述磁阻传感器和霍尔传感器的所述输出信号。

所述控制集成电路可进一步包括时序控制电路和信号选通电路；所述时序控制电路向所述电源偏置电路输出偏置控制信号，所述偏置控制信号对所述电源偏置电路输出的所述偏置信号进行控制；所述磁阻传感器和霍尔传感器向所述信号选通电路输出各自的输出信号；所述时序控制电路向所述信号选通电路和信号处理电路输出选通控制信号，所述选通控制信号控制所述信号选通电路输出所述磁阻传感器和霍尔传感器的输出信号之一，并控制所述信号处理电路处理由所述信号选通电路输出的该输出信号。

所述磁场传感器芯片还包括位于所述磁阻传感器与所述同一层之间的钝化隔离层。

所述钝化隔离层设有接触孔，所述磁阻传感器具有连接线，所述磁阻传感器通过所述连接线和接触孔与所述控制集成电路电连接。

所述霍尔传感器位于所述控制集成电路的中心位置。

所述霍尔传感器呈对称结构。

所述磁阻传感器是蛇形导体结构构成的惠斯通电桥，且相邻的所述导体结构彼此垂直。

所述导体结构旁设有屏蔽条。

本发明的磁场传感器芯片将磁阻传感器、霍尔传感器和控制集成电路集成在一起，充分利用磁阻传感器和霍尔传感器各自的特点，可以检测三轴全向磁场变化。它可以同时应用于磁阻传感器和霍尔传感器领域，单片集成的特性使其在应用上能最大限度地节省物理空间。同时由于内部控制集成电路采用了新颖的脉冲偏置、信号读出电路选通共享技术，使得本发明的磁场传感器功耗更低、面积更小。相对于传统的单一型磁阻传感器或霍尔传感器，本发明还具有更好的灵敏度、更强的抗干扰能力和更稳定的输出波形等优点。

附图说明

图1是传统磁阻传感器能够检测的磁场方向的示意图；

图2是传统霍尔传感器能够检测的磁场方向的示意图；

图3是本发明的芯片的整体结构示意图；

图4是本发明的霍尔传感器的剖面示意图；

图5是本发明的霍尔传感器的版图示意图；

图6是本发明的磁阻传感器的结构示意图；

图7是图6的磁阻传感器的等效电路图；

图8是本发明的磁阻传感器的磁滞特性曲线；