[实用新型]一种用于高强度磁场的单芯片参考桥式磁传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种用于高强度磁场中的单芯片参考桥式磁传感器。

背景技术

磁传感器广泛用于现代工业和电子产品中以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场及其他参数，例如霍尔（Hall）元件，各向异性磁电阻（Anisotropic Magnetoresistance, AMR）元件或巨磁电阻（Giant Magnetoresistance, GMR）元件为敏感元件的磁传感器。

霍尔磁传感器虽然能在高强度磁场中工作，但灵敏度很低、功耗大、线性度差等缺点。AMR磁感器虽然灵敏度比霍尔传感器高，但其制造工艺复杂，功耗高，并且不适用于高强度磁场。GMR磁传感器相比霍尔磁传感器有更高的灵敏度，但其线性范围偏低，并且也不适用于高强度磁场。

TMR（Tunnel MagnetoResistance）磁传感器是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，其相对于霍尔磁传感器、AMR磁传感器以及GMR磁传感器具有更高的灵敏度、更低的功耗、更好的线性度以及更宽的工作范围。但现有的TMR磁传感器仍然不适用于高强度磁场中工作，并且线性范围也不够宽。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的以上问题，提供一种适用于高强度磁场中的单芯片参考桥式磁传感器。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种用于高强度磁场的单芯片参考桥式磁传感器，该传感器包括:

一个基片；

至少一个沉积在所述基片上的参考臂，所述参考臂包含有至少一行/列由一个或者至少两个相同的磁电阻传感元件电连接构成的参考元件串；

至少一个沉积在所述基片上的感应臂，所述感应臂包含有至少一行/列由一个或者至少两个相同的磁电阻传感元件电连接构成的感应元件串；

至少一个衰减器和至少两个屏蔽结构，所述衰减器与所述屏蔽结构相交错间隔地排列，所述衰减器和所述屏蔽结构的形状相同，所述屏蔽结构的宽度和面积分别比所述衰减器的宽度和面积大；

所述参考臂与所述感应臂连接构成一电桥；

每个所述参考元件串上对应设置有一屏蔽结构，每个所述感应元件串上对应设置有一衰减器，所述参考元件串位于所述屏蔽结构的下方或上方，所述感应元件串位于所述衰减器的下方或上方；

所述参考元件串和所述感应元件串的行/列数相同，并沿纵向或横向相间隔排布；

所述感应元件串处磁场的增益系数大于所述参考元件串处磁场的增益系数。

优选的，构成所述参考元件串和构成所述感应元件串的所述磁电阻传感元件为选自AMR、GMR、TMR传感元件中的一种。

优选的，所述磁电阻传感元件为GMR自旋阀结构、GMR多层膜结构、TMR自旋阀结构或者TMR三层膜结构。

优选的，所述电桥为半桥、全桥或者准桥。

优选的，所述感应臂和所述参考臂上的所述磁电阻传感元件的个数相同。

优选的，每个所述感应元件串与相邻的所述参考元件串之间均相隔间距L，当所述衰减器的个数为奇数时，正中间有两个所述参考元件串相邻且两者之间的间距为2L ，当所述衰减器的个数为偶数时，正中间有两个所述感应元件串相邻且两者之间的间距为2L。

优选的，所述衰减器的个数N不少于所述感应元件串的行/列数，所述屏蔽结构的个数M不少于所述参考元件串的行/列数，并且N<M，其中N、M均为正整数。

优选的，所述基片包括了集成电路，或与包括了集成电路的其它基片相连接。

优选的，所述集成电路为CMOS、BiCMOS、Bipolar、BCDMOS或SOI，所述参考臂与所述感应臂直接沉积在所述基片的集成电路上面。

优选的，所述基片为ASIC芯片，所述ASIC芯片含有偏移电路、增益电路、 校准电路、温度补偿电路和逻辑(logic)电路中的任一种或至少两种电路。

优选的，所述逻辑电路为数字开关电路或者旋转角度计算电路。

优选的，所述屏蔽结构和所述衰减器的形状均为沿横/纵向延伸的长条形阵列。

优选的，所述屏蔽结构和所述衰减器的组成材料相同，均为软铁磁合金，所述软铁磁合金包含有Ni、Fe和Co中的一种元素或至少两种元素。