[发明专利]TMR磁场传感器

说明书

TMR磁场传感器，包括连接成全桥电路的TMR单元，全桥电路的每一个桥臂上均设置有一个TMR单元，相邻桥臂上的TMR单元的对外磁场敏感方向相反，相对桥臂上的TMR单元的对外磁场敏感方向相同，两个供电端子中一个接电源，另一个接地；至少一个负电容电路，负电容电路与某一桥臂上的TMR单元并联，负电容电路的一端与接地的供电端子相连、另一端与一个输出端子相连，负电容电路两端的等效电容和与其并联的TMR单元的寄生电容的符号相反。本发明在TMR磁场传感器中设置和TMR单元并联的负电容电路，通过负电容电路补偿推挽全桥电路的寄生电容，进而补偿推挽全桥电路的寄生电容，实现TMR磁场传感器的测量频率范围的拓展。

技术领域

本发明属于传感测量技术领域，尤指涉及一种TMR磁场传感器。

背景技术

TMR元件是一种新型的磁电阻效应传感器，其相较于AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率、更好的温度特性和线性度等优点，在工业环境中得到了广泛应用。TMR磁场传感器的输出灵敏度受到自身测量频率范围的限制，当测量频率范围在TMR磁场传感器的工作频率范围内时，TMR磁场传感器的输出灵敏度衰减可在-3dB以下，变化的磁场信号能够被较好地还原，而当测量频率范围超出TMR磁场传感器的工作频率范围时，TMR磁场传感器的输出灵敏度衰减就会超过-3dB，从而导致测量变化磁场信号的失真。TMR磁场传感器的可测量磁场频率范围和灵敏度主要受TMR磁传感器芯片的寄生电容、TMR元件的电阻值、传感器的电路结构等因素的影响。为了提高TMR磁场传感器的磁场测量范围，人们提出了如优化芯片的版图布局、减小TMR元件的电阻值以及改变TMR传感器的电路结构等多种方法，但这些方法在应用中仍存在局限。

通过优化芯片的版图布局，减小线路和元件之间的寄生电容可以扩展TMR磁场传感器的工作频率范围，从而拓宽TMR磁场传感器的磁场测量频率范围。但是TMR磁传感器的芯片版图尺寸已经是微米级别，通过优化版图来减小寄生电容的作用有限，对TMR磁场传感器测量频率的提升也有限。

通过减小TMR单元的电阻值来拓展TMR磁场传感器的测量磁场频率范围主要是通过调节TMR单元的材料配方，通过获取不同RA值的材料来得到不同阻值的TMR单元。RA值是指TMR单元材料的电阻*面积值，在材料配方不变的情况下RA值是固定值，材料的RA值越小，在厚度不变的情况下可以得到更小的电阻值。而TMR材料配方还有另一个衡量指标——TMR值，TMR值是指TMR电阻值在磁场中的变化量与最小电阻值的比值，即(最大电阻值-最小电阻值)/最小电阻值，通常希望获得较高的TMR值。在传感器其它结构不变的情况下，TMR单元的阻值越小，其所形成的TMR磁场传感器的工作频率范围就越大。但由于需要更改TMR单元的材料配方，可能存在材料的RA值和TMR值不兼容的风险，所选配方要同时满足较高的TMR值以及较小的RA值会增加研发成本。另一方面，减小TMR元件的电阻值就要求降低TMR磁传感器的外加工作电压，以避免工作电流过大，而降低TMR磁传感器的工作电压会造成TMR磁传感器的输出信号幅值减小，不利于TMR磁场传感器的应用。

改变传感器的电路结构也可以拓宽TMR磁场传感器的测量磁场频率范围，如将TMR单元连接成单桥电路，单桥电路相较于全桥电路结构更简单，因此相比于全桥电路也具有更少的寄生电容，寄生电容越小，TMR磁场传感器的工作频率范围就越大，从而具有更宽的频率测量范围。但单桥电路相比于推挽全桥结构，灵敏度较低，仅为全桥TMR磁场传感器的一半。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量频率范围宽的TMR磁场传感器。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：