[发明专利]360度磁角度传感器

说明书

本发明提供一种360度磁角度传感器，其包括：各向异性磁电阻传感器，其基于感测平面内的磁场产生表示磁角度的第一信号，所述第一信号具有180度的角范围；霍尔传感器，其基于所述感测平面内的磁场产生表示磁角度的第二信号，所述第二信号具有360度的角范围；信号处理电路，其与所述各向异性磁电阻传感器和霍尔传感器电性连接，其基于第二信号判断所述磁角度的所属区间，所属区间为0到180度或180到360度，并结合所述磁角度的所属区间和所述第一信号产生表示磁角度的第三信号，所述第三信号具有360度的角范围。与现有技术相比，本发明不但能实现360度范围内高精度的角度测量，而且还可以降低体积和成本。

【技术领域】

本发明涉及磁场传感器领域，尤其涉及一种通过磁场测量角度的传感器。

【背景技术】

目前，各向异性磁电阻(AMR)技术在磁场传感器中应用广泛，制造工艺也很成熟。AMR的电阻值取决于电流和磁化方向之间的夹角，在用于磁角度的测量中，采用双惠斯通电桥的模式，其中一个电桥输出正弦信号，另一个输出余弦信号。通过反正切可得出具体的角度值。对于AMR角度传感器，其磁性层一直工作在磁化饱和状态，该状态下可认为，外部施加的磁场方向与磁阻条的磁化方向基本保持一致。由于AMR角度传感器输出的随磁场角度变化为sin2θ和cos2θ的关系，也因此AMR可测量的角度周期只有180度，应用范围也受到很大的限制。

360度的磁角度传感器基于其他原理的较多，如基于霍尔效应、巨磁电阻(GMR)效应和隧穿磁电阻(TMR)效应等。基于霍尔效应的角度传感器，由于霍尔本身的信噪比，精度相比于AMR较小。基于巨磁电阻(GMR)效应和隧穿磁电阻(TMR)效应的角度传感器的精度比Hall高，但低于AMR。原因是，对于AMR角度传感器，磁性层只有一层，其精度误差主要来源于该层形状各向异性场和磁晶各向异性场的影响。对于GMR和TMR，核心结构包含两个磁性层即自由层和钉扎层，它们的电阻取决于自由层和钉扎层磁化方向之间的夹角。误差来源除了自由层中形状各向异性场和磁晶各向异性场外，还包括在外加磁场的作用下，自由层随外磁场变化θ1，而钉扎层的磁化方向也会发生小角度θ2，此θ2误差将叠加到原有误差中。且自由层和钉扎层之间的静磁相互作用也会影响精度，这些因素叠加在一起，使得传感器最终的精度下降。

因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种360度磁角度传感器，其不但能实现360度范围内高精度的角度测量，而且还可以降低体积和成本。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种360度磁角度传感器，其包括：各向异性磁电阻传感器，其基于感测平面内的磁场产生表示磁角度的第一信号，所述第一信号具有180度的角范围；霍尔传感器，其基于所述感测平面内的磁场产生表示磁角度的第二信号，所述第二信号具有360度的角范围；信号处理电路，其与所述各向异性磁电阻传感器和霍尔传感器电性连接，其基于第二信号判断所述磁角度的所属区间，所属区间为0到180度或180到360度，并结合所述磁角度的所属区间和所述第一信号产生表示磁角度的第三信号，所述第三信号具有360度的角范围。

进一步的，所述各向异性磁电阻传感器、霍尔传感器和信号处理电路集成在单芯片中。

进一步的，所述单芯片包括衬底，以及层叠于所述衬底上的第一结构层和第二结构层，所述霍尔传感器和信号处理电路设置于所述第一结构层中；所述各向异性磁电阻传感器设置于所述第二结构层中。

进一步的，所述第一结构层位于所述衬底上；所述第二结构层位于所述第一结构层上方。

进一步的，所述单芯片还包括隔离层和第三结构层，所述隔离层位于第一结构层和第二结构层之间，过孔金属穿过所述隔离层将各向异性磁电阻传感器和信号处理电路电连接；所述第三结构层位于所述第二结构层上方，第三结构层包括各向异性磁电阻传感器保护层及其上的电极，所述电极通过过孔金属与信号处理电路连接。