[发明专利]一种垂直灵敏的磁传感器闭环式芯上在位反馈装置

说明书

本发明公开了一种垂直灵敏的磁传感器闭环式芯上在位反馈装置，包括硅基衬底、通量引导器、四个相同的磁敏电阻以及信号反馈线圈、运算放大器和功率放大器，本发明通过在推拉式垂直灵敏的磁传感器芯片设置芯上在位信号反馈线圈，当通有反馈电流时信号反馈线圈上方的两对磁敏电阻敏感轴方向上产生大小相等方向相反的磁场信号，分别抵消原信号磁场，而形成闭环式反馈结构，该芯上在位反馈装置设计能够有效改善传感器输出线性度，提高测量精度，降低功耗，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于磁传感器技术领域，涉及一种垂直灵敏的磁传感器闭环式芯上在位反馈装置。

背景技术

随着磁传感器领域的迅速发展，其应用越来越广泛，目前的垂直磁传感器大量应用于消费电子领域例如手机等以及电子罗盘移动设备中，该类产品要求较小的封装尺寸以及较高的测量稳定性。

现有的垂直灵敏的磁传感器多为Z轴封装式设计，Z轴封装是将传感芯片的灵敏轴垂直水平面封装，例如专利CN 102426344 A，名称为一种三轴磁场传感器的发明专利，其采用三个传感器封装集成的方法，其中Z轴的传感器采用垂直平面放置来测量垂直方向的磁场。该种办法制成传感器体积大，封装成本大，工艺复杂，稳定性低且封装易断裂等。尽管存在单芯集成的垂直灵敏的磁传感器，但目前均采用开环式设计，例如申请号为201820341886.X的名称为一种推拉式垂直灵敏磁传感，其利用通量引导器将垂直方向的Z轴磁场转化成平面内的漏磁磁场分量，实现垂直方向上的磁场检测，但是该种设计在测量较大磁场的情况下磁敏电阻容易磁饱和而且在测量时磁滞较大，很大程度上影响传感器的测量带宽、测量精度以及线性度，而且开环设计线性度差，测量精度低，难以满足现代产业的需求。带反馈式设计能够利用反馈系统本身纠正传感器测量误差，但是目前垂直磁传感芯片尚未出现芯上在位反馈设计的案例，故亟需一款闭环式芯上在位反馈的垂直灵敏的磁传感器解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种垂直灵敏的磁传感器闭环式芯上在位反馈装置。

本发明一种垂直灵敏的磁传感器闭环式芯上在位反馈装置，包括硅基衬底、通量引导器、四个相同的磁敏电阻、信号反馈线圈、运算放大器和功率放大器；

所述的通量引导器为矩形空心结构，通量引导器与四个磁敏电阻均设置在同一硅基衬底上，四个磁敏电阻分为两对分别设置在矩形空心结构的通量引导器左右两侧的两相互平行的对边内侧，两对磁敏电阻关于矩形空心结构的通量引导器的中心竖轴线对称，四个磁敏电阻的敏感轴方向一致均垂直于通量引导器左右两侧对边；通量引导器将垂直磁场信号诱导到平面内方向，在磁敏电阻处产生一个面内磁场分量并且在两对磁敏电阻敏感轴方向上产生信号磁场的分量大小相等、方向相反；

所述的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下方的硅基衬底上，信号反馈线圈的两平行边分别设置在两对磁敏电阻的正下方，通反馈电流时的信号反馈线圈在两对磁敏电阻敏感轴方向上产生大小相等、方向相反的反馈磁场；

所述的通量引导器左侧的一对磁敏电阻与通量引导器右侧的一对磁敏电阻分别形成两个半桥，四个磁敏电阻组成一个推拉式的惠斯通电桥结构，该矩形空心结构的通量引导器与四个磁敏电阻的位置配置可检测垂直平面的磁场信号；

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式反馈结构。

所述的通量引导器采用镍系、钴系或铁系软磁材料制成。

所述的磁敏电阻选用巨磁电阻或隧道结磁电阻。

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、铝或金制成。