[发明专利]磁阻传感器中的温度和漂移补偿

说明书

发明领域

本发明涉及磁阻传感器。

背景

磁阻传感器响应于该传感器所暴露于的磁场的变化而提供电阻的变化。然而，其他物理参数尤其是温度的变化也可能使磁阻传感器的电阻发生变化。通常，此类漂移效应已通过在电桥配置中采用磁阻传感器来减轻。在这种办法中，副磁阻传感器被用作参考并且经历与主磁阻传感器相同的环境，除了该副传感器不暴露于正被测量的样本中。主传感器与副传感器之间的差分信号是经漂移补偿的输出信号。

然而，磁阻传感器的诸如生物检定之类的新近应用往往需要使用大阵列的磁阻传感器。在这种情况中，采用电桥电路的传统漂移补偿的使用是高度不合乎需要的，因为这种漂移补偿需要将单独的参考检测器(和相关联的电桥电路系统)用于传感器阵列中的每个元件。因此，尤其对于大传感器阵列而言，感兴趣的是不依赖电桥电路的用于校正温度和漂移效应的方法。

已被考虑的一种办法是控制磁阻传感器的温度(例如，如在US 7,097,110中那样)。通过控制温度来消除温度漂移还导致对传感器输出的温度漂移效应的消除。另一种办法是提供传感器的温度校准，从而根据测得的温度使用温度校准来校正传感器输出(例如，如在US 7,239,123中那样)。

然而，常规的漂移/温度补偿办法往往遭受各种缺点。一些办法过度复杂或难以在实践中实现。例如，温度控制可能对于大传感器阵列中的所有元件而言难以实现。校准方法还可能遭受过度的复杂性，和/或不能实时提供经校正的输出。因此，为磁阻传感器提供改进的漂移/温度校正将是本领域中的进步。

概述

磁阻传感器的双重调制需要调制对传感器施加的激励(例如，电压或电流)以及对传感器施加的反馈磁场两者。分别在不同的频率f_c和f_f处调制该激励和磁场。作为双重调制的结果，传感器输出频谱包括频率f_c处的载波频调(CT)和频率f_c±f_f处的侧频调(ST)。(例如，通过测量在不存在样本的情况下出现漂移时的CT振幅和ST振幅来)确定CT振幅与ST振幅之间的基线关系。在传感器操作期间，使用相应的原始CT测量来校正原始ST测量以将经校正的ST测量提供为传感器输出。

附图简述

图1示出了本发明的示例性实施例。

图2示出了与图1的示例有关的输出频谱。

图3示出了传感器温度被有意改变时的载波频调和侧频调振幅变化的标绘。

图4示出了经验确定的ST-CT关系的示例。

图5示出了校正侧频调输出的示例性结果。

图6是非线性ST-CT关系的假设示例。

图7示出了将磁阻传感器应用于生物检定。

详细描述

图1示出了本发明的示例性实施例。在此示例中，磁阻传感器102置于由磁场源106提供的反馈磁场108中。磁阻传感器是具有取决于磁场的电阻的任何传感器。尽管取决于电流方向和磁场方向的许多变型是可能的，但是所有此类变型均被包括在该一般性类别的磁阻传感器中。在一些情形中，可对传感器102应用磁偏。此类磁偏可以与反馈磁场108的方向相同，或者沿任何其他方向(例如，与反馈磁场正交。)在频率f_f处调制反馈磁场108。电源104向磁阻传感器102提供激励(例如，电压或电流)。在频率f_c处调制该激励。调制频率f_f和f_c是不同的。

作为此双重调制方案的结果，传感器输出频谱被示意性地示出在图2上，并包括频率f_c处的载波频调(CT)和频率f_c±f_f处的侧频调(ST)。通常，f_c大于f_f，但这不是必需的。传感器102的输出可以是电压或电流。更具体地，如果激励是电压，那么输出是电流，并且如果激励是电流，那么输出是电压。

如果磁性粒子110(例如，顺磁性或超顺磁性的纳米粒子)置于传感器102附近，那么粒子110对传感器102处的磁场的影响可能导致传感器输出的可观察到的变化。因此，这种装置可作为磁传感器来工作。然而，注意载波频调振幅不取决于传感器102附近的磁性粒子的存在/不存在是重要的。因此，有用的传感器输出仅是侧频调振幅。此效应的物理基础在于，载波频调振幅取决于传感器102的正常电阻，而侧频调振幅取决于传感器102的磁阻。