[发明专利]一种磁传感器

说明书

本发明涉及一种磁传感器。所公开的实施例涉及实现斩波技术和相关结构来抵消隧穿磁阻(TMR)场传感器中的磁1/f噪声作用。TMR场传感器包括：第一桥电路，其包括用于感测磁场的多个TMR元件；以及第二电路，其用于向各TMR元件施加双极电流脉冲。电流线连续地或顺序连接到场源，以接收双极电流脉冲。场传感器具有包括响应于双极脉冲的高输出和低输出的输出。此不对称响应允许进行场传感器中的1/f噪声减小的斩波技术。

技术领域

本发明一般涉及磁场传感器的场，更具体地涉及减小磁场传感器中的噪声和偏移的方法。

背景技术

磁场传感器常用于诸如计算机、便携式计算机、媒体播放器、智能电话等各种电子装置。存在可用于检测磁场的许多技术/装置。隧穿磁阻(TMR)由于它相比于其他磁传感器而言在灵敏度、功率和处理成本方面有优势，导致它是有前途的用于手持机应用的磁感测技术。磁场感测中的另一种密切相关技术是巨磁阻(GMR)。

TMR元件由通过非磁性、绝缘隧道势垒分隔的两个铁磁层组成。一个层具有“自由”地在磁场中旋转的磁化方向。另一个层具有“固定的”参考磁化，该参考磁化在所感测关注的中等至低强度的磁场中时不旋转。如果这两个层的磁化方向彼此平行，则隧道势垒的电阻低。相反地，当磁化方向反平行时，电阻高。基于TMR的磁场传感器因此通过电阻改变将磁场转换成电信号，该电阻改变是由于磁自由层相对于固定层的角度响应于场而改变所导致的。

在这种类型的传感器中，因层中的一个或两个中的区域的磁取向波动造成磁1/f噪声。这些波动形成在目标信号中作为噪声出现的不同时标处的电阻改变并且不可被简单过滤出。1/f噪声(也被称为粉红噪声)是具有与信号频率成反比的频谱密度(能量或功率/Hz)的信号或波动处理。另外，还会因任一磁性膜中的区域的磁取向的差异而形成零场偏移，该差异可取决于传感器中的温度或应力。

因此，将期望的是具有有效减小TMR磁场传感器中的1/f噪声和偏移的系统、装置和方法。

发明内容

本发明的某些实施例提供了使用特有的双极斩波(chopping)技术来抵消TMR传感器内的1/f噪声和偏移作用的系统、装置和方法。如之前描述的，TMR磁场传感器中存在磁1/f磁噪声并且该噪声可减弱这些传感器的性能和灵敏度。在用于围绕和运动感测应用的低频(＜100Hz)下，1/f磁噪声作用变得显著。该噪声表明TMR传感器桥的零场偏移的低频弯曲(meander)，从而降低精度。

根据本发明的各种实施例，实现斩波技术和相关结构来抵消TMR场传感器内的磁1/f噪声作用和偏移。TMR场传感器包括第一桥电路，第一桥电路包括被配置成感测磁场的多个TMR元件。各TMR元件包括通过非磁性、绝缘隧道势垒分隔的第一铁磁层和第二铁磁层。TMR场传感器还包括第二电路，第二电路被配置成与TMR元件中的每个相邻地施加双极电流脉冲。

在某些实施例中，第二电路包括与第一桥电路的各TMR元件的第二(固定)铁磁层相邻地布置的多个内置电流线。所述电流线连续或顺序地连接到场源并且向所有电流线施加所述双极电流信号。当施加双极电流脉冲时，在第一(自由)铁磁层上生成磁场脉冲。根据所施加电流脉冲的极性，所生成的磁场将第一自由铁磁层切换成第一或第二对准(alignment)。

当与TMR元件中的每个相邻施加双极电流脉冲时，自由层取向切换成与电流脉冲极性对准。在脉冲完成之后，针对自由层对准的该极性，测量传感器输出。在各自由层极性处测得的所测得传感器输出信号没有改变符号，但磁1/f噪声作用和偏移改变符号。这个不对称响应允许斩波技术，在该技术中，以所期望的输出数据速率的至少两倍的重复速率，在第一时间段中在第一方向上施加磁场，然后在第二时间段中向第二方向施加磁场。这两个时间段的传感器输出信号被组合，因此相长地添加了磁场感测信号，但是1/f噪声和偏移作用被抵消。在一个实施例中，在所述第一方向和所述第二方向上施加的磁场与自由铁磁层完全对准。在另一个实施例中，针对所期望(或更好的)切换分布，在所述第一方向和所述第二方向上施加的磁场与自由铁磁层成偏移角度取向对准。