[发明专利]一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器

权利要求书

1.一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器包括硅基衬底、通量引导器、四个相同的磁敏电阻、一个信号反馈线圈、运算放大器和功率放大器；

其特征在于：所述的通量引导器为长条形结构，与四个磁敏电阻均设置在同一硅基衬底上，通量引导器的正下方设置两个被屏蔽的用于参考的磁敏电阻，通量引导器左右两侧各设置有一个磁敏电阻，这两个磁敏电阻关于通量引导器左右对称，这两个磁敏电阻的敏感轴方向处于同一水平线且方向一致，均垂直于通量引导器左右两侧面；通量引导器将垂直磁场信号诱导到平面内方向，在其两侧的磁敏电阻处产生一个面内磁场分量，且在两个磁敏电阻敏感轴方向上产生的信号磁场分量大小相等、方向相反；

所述的通量引导器左右两侧对称的磁敏电阻组成一组半桥，通量引导器正下方设置的两个被屏蔽的用于参考的磁敏电阻组成另一组半桥，四个磁敏电阻共同组成一个推拉输出的惠斯通电桥结构；信号反馈线圈为两边相互平行的U型结构，信号反馈线圈设置在磁敏电阻的下方的硅基衬底上，信号反馈线圈两平行边分别设置在通量引导器左右两侧的磁敏电阻的正下方，通反馈电流时的信号反馈线圈在通量引导器两侧磁敏电阻的敏感轴方向上处产生大小相等方向相反的磁场信号；

所述的信号反馈线圈的输出端与接地端之间设置有一个检测电阻；惠斯通电桥的输出端连接在运算放大器的输入端，运算放大器的输出端连接在功率放大器上的输入端，功率放大器的输出端连接在信号反馈线圈上并形成闭环反馈结构。

2.根据权利要求1所述的一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器，其特征在于：所述的通量引导器采用镍系、钴系或铁系软磁材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器，其特征在于：所述的磁敏电阻选用巨磁阻电阻或隧道结磁电阻。

4.根据权利要求1所述的一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器，其特征在于：所述信号反馈线圈采用非磁性、低阻值、良导电性的金属银、铜、铝、金钛或其合金制成。

5.一种闭环式芯上反馈的宽量程垂直灵敏磁传感器，包括硅基衬底、通量引导器、六个相同的磁敏电阻、两个信号反馈线圈、运算放大器和功率放大器；其特征在于：所述的通量引导器为长条形结构，与六个磁敏电阻均设置在同一硅基衬底上，通量引导器的正下方设置两个被屏蔽的用于参考的磁敏电阻，通量引导器左侧和右侧分别设置两个磁敏电阻，靠近通量引导器左右两侧边的两个磁敏电阻组成一对，远离通量引导器左右两侧边的两个磁敏电阻组成一对，每一对磁敏电阻均关于通量引导器左右对称，六个磁敏电阻敏感轴方向相同，通量引导器与六个磁敏电阻的位置配置可检测垂直平面的磁场信号；两个信号反馈线圈均为U型结构，一个U型结构的反馈线圈设置在靠近通量引导器左右两侧边一对磁敏电阻下方的硅基衬底上，另一个U型结构的反馈线圈设置在远离通量引导器左右两侧边的一对磁敏电阻下方的硅基衬底上，该U形结构的两个边互相平行，分别设置在通量引导器两侧两对磁敏电阻的正下方；靠近通量引导器的一对磁敏电阻与通量引导器正下方设置的两个被屏蔽的用于参考的磁敏电阻形成一个推拉输出的惠斯通电桥结构，用于小量程垂直平面的磁场信号的检测；远离通量引导器的一对磁敏电阻与通量引导器正下方设置的两个被屏蔽的用于参考的磁敏电阻形成另一个推拉输出的惠斯通电桥结构，用于大量程垂直平面的磁场信号的检测；两对惠斯通电桥结构设计满足传感器芯片对垂直平面的磁场信号不同量程检测的需求；

所述的通量引导器将垂直磁场信号诱导到平面内方向上并在通量引导器左右两侧的两对磁敏电阻敏感轴方向上分别产生漏磁分量，垂直磁场信号经过通量引导器诱导后，分别在第一对磁敏电阻敏感轴方向上产生大小相等、方向相反的漏磁分量，在第二对磁敏电阻敏感轴方向上产生大小相等、方向相反的漏磁分量；通反馈电流时，靠近通量引导器左右两侧边的一对磁敏电阻下方的信号反馈线圈在其上方的两磁敏电阻的敏感轴方向上产生抵消该磁敏电阻敏感轴方向的漏磁分量反馈磁场；远离通量引导器左右两侧边的一对磁敏电阻下方的信号反馈线圈在其上方的两磁敏电阻的敏感轴方向上产生抵消该磁敏电阻敏感轴方向的漏磁分量反馈磁场；

两个惠斯通电桥的输出端均通过开关连接在运算放大器的输入端，开关的作用在于选择两组惠斯通电桥中的一组作为检测电桥，间接具有选择测量量程的作用；运算放大器经过放大信号幅值后输出，运算放大器的输出端连接在功率放大器的输入端上，功率放大器的输出端连接在信号反馈线圈上，反馈线圈的另一端串接待测电阻，待测电阻的另一端接地。