CN101273247A - 位置传感器的不对称amr惠斯通电桥布局 - Google Patents

Abstract

一种磁性传感器包括：设置在目标附近的磁体，所述目标包括多个齿和在它们之间形成的多个槽。集成电路总体上被设置在磁体的一侧，其中所述集成电路包括多个不对称布置的磁阻桥组件，其中所述集成电路和磁体被配置到传感器包装件中，以使所述多个不对称布置的磁阻桥组件实现对多个目标齿之中的至少一个齿的检测。

Description

位置传感器的不对称AMR惠斯通电桥布局

技术领域

实施例总体上涉及位置传感器。实施例还涉及磁性传感器(magneticsensor)和磁性感测组件(magnetic sensing component)。实施例另外涉及磁阻(magnetoresistive)和霍耳效应(Hall effect)传感器。

背景技术

磁性传感器典型地依赖永久磁体来检测在相对于传感器的某个预定义检测区域内可透磁物体存在与否。结合永久磁体，此类型的一些传感器利用霍耳效应和/或磁阻组件，所述组件相对于永久磁体及其它被设置在特定位置处。磁阻元件例如可以相对于永久磁体布置在对称位置，以便实现磁性感测操作。

此类型的接近性传感器，不管它们使用霍耳效应元件还是磁阻元件，都能够被配置为在通常垂直于永久磁体的中心轴的方向上感测存在或不存在穿过检测区域的可透磁物体，或者可替换地能够被配置为检测可透磁物体沿着通常平行于所述磁体中心轴的路径在朝向或远离永久磁体极面的方向上移动的距离。

已经实现的磁性传感器的一个例子是温度稳定接近性传感器，用于感测从永久磁体的侧面所发出的磁通量。在这种配置中，铁物体传感器检测高磁导率的物体(诸如在加电后即刻且处于零速度时的可旋转安装的铁轮上的齿或槽口(notch))存在与否。

这种设备能够被用作接近性传感器并且能够被配置有永久磁体和磁通量响应传感器，所述磁通量响应传感器具有感测平面并且生成电输出信号，所述电输出信号根据磁通量密度的变化而改变。在这种配置中，铁主体传感器装配件(assembly)不像某些已知的常规传感器那样依赖于极面磁性(magnetism)，而相反依赖于从在相对极面之间的磁体侧面发出的磁通量密度的径向分量。由于铁物体传感器装配件不依赖于极面磁性，所以它的电输出信号在相对较宽的温度范围上相对稳定。

在另一种磁性传感器配置中，齿轮(geartooth)位置和速度传感器可以被配置为具有以桥电路布置连接的四个磁阻轨道(track)。为了简化场极板(plate)效应速度和位置传感器，四个弯曲(meander)布置的坡莫合金(permalloy)电阻轨道可能够被设置在衬底上的矩形的角处。这样的组件能够在沿圆周方向上大约相互间隔齿轮间距的一半。电阻能够以分压器布置或采用具有以恒流源供电的惠斯通电桥电路的形式来连接以便消除温度变化效应。在一个实施例中，所述电阻被形成为硅衬底上弯曲成形的薄膜气相淀积轨道。永久磁体然后能够被用来提供偏置磁化(bias magnetization)。

在上述一般类型的磁性传感器中，磁性敏感的组件通常用于提供表示磁场在特定方向上强度的信号。如果霍耳效应元件与永久磁体联合使用，那么来自霍耳元件的信号表示在垂直于所述霍耳元件的感测平面的方向上的磁场强度分量。另一方面，如果磁阻元件与永久磁体联合使用，那么来自所述磁阻元件的信号表示在所述磁阻元件的感测平面内并且垂直于其最薄尺寸的方向上的磁场强度。根据传感器的特定应用和性能要求，霍耳效应元件或磁阻器都能够被使用。遍及描述现有技术的文献，此一般类型的传感器有时被描述为接近性传感器并且可替换地被描述为齿轮传感器，这取决于传感器的目的应用。

在大部分接近性传感器中，例如若干属性是有益的。例如，在与内燃机相关联使用的齿轮传感器中，有益的特性是当启动时在不必需要齿轮运动的情况下提供用于标识在预定义的检测区域中存在或不存在齿轮的信号的能力。这被称为上电识别能力。齿轮传感器或接近性传感器的另一有益特性是其有减小的尺寸。这种传感器的大小通常受到永久磁体的大小以及磁敏感组件和所述永久磁体的相对位置的影响。

在于1995年12月19日授予Mien T.Wu的、题目为“Sensor WithMagnetoresistors Disposed on a Plane Which is Parallel to and Displacedfrom the Magnetic Axis of a Permanent Magnet”的美国专利号5,477,143中公开了磁感测应用的一个例子，并且该专利被转让给Honeywell国际公司。在此美国专利号5,477,143的内容被并入以供参考并且大体上描述了具有两个磁阻元件的接近性传感器，所述两个磁阻元件被布置在共同平面上并且从永久磁体的侧面转移(displace)。磁阻元件的共同感测平面在通常平行于永久磁体磁轴的方向上延伸，所述磁轴在磁体的北极和南极之间延伸。在美国专利号5,477,143的配置中，能够相对于预先选择的磁极面来定义检测区域并且磁阻元件提供了第一和第二信号，第一和第二信号能够被比较以定义第三信号，所述第三信号用于表示在检测区域内可透磁的物体存在与否。磁阻元件均具有多个磁阻器，为了提供上述第一和第二信号，所述磁阻器以对称惠斯通电桥配置来布置。

诸如上述传感器之类的这样的磁检测器件的一个问题在于：这样的设备虽然适合一些感测应用，常常以对称布置磁性感测组件的方式来配置，然而不对称配置常常能够提供增强的性能。因为例如齿轮传感器能够由永久磁体和各向异性的磁阻(anisotropic magnetoresistive AMR)变送器(transducer)组成，用以感测铁或非铁目标，所以AMR变送器设计对于作为结果的传感器设备或***的性能来说是关键的。对称布置有时还不适合经由公知的涡流效应来感测非铁目标。人们相信用于克服这些缺陷的一种技术涉及不对称电路布置的实现方式，而不是对称配置。

发明内容

以下发明内容被提供以便于理解为所公开实施例所独有的一些创新特征并且不旨在是全部的描述。可以通过总体上阅读整个说明书、权利要求、附图和摘要来获得对实施例各个方面的充分理解。

因此，本发明的一个方面在于提供改进的位置传感器。

本发明的进一步方面在于提供用于优化目标的磁检测的不对称磁阻桥。

现在可以如这里所描述的那样来实现上述方面及其它目的和优点。一种磁性传感器被公开，包括设置在目标附近的磁体，所述目标包括多个齿和在它们之间形成的多个槽。集成电路通常被设置在磁体的一侧，其中所述集成电路包括多个不对称布置的磁阻桥组件，其中所述集成电路和磁体被配置到传感器包装件(package)中，以使多个不对称布置的磁阻桥组件实现在目标的多个齿之中的至少一个齿的检测。

不对称布置的磁阻桥组件通常包括不对称磁阻桥电路，所述不对称的磁阻桥电路基于不对称地偏离于第二组磁阻器的第一组磁阻器。第一和第二组磁阻器被配置在衬底上，在所述衬底上形成有集成电路。通常，一组磁阻器包括与另一组磁阻器不同模式的磁阻器。从而能够从利用这种不对称桥布局的磁阻桥电路获得改进的性能，其中电路的两个对分(halve)不是彼此的镜像。然而，重要的是应当注意，不只有单单磁阻器的数目被用来提供不对称性。例如，上述两个对分能够拥有相同数目的磁阻器，但是能够在它们的带(runner)之间具有变化不同的间隔。

附图说明

附图进一步图示了实施例并且连同具体实施方式一起来解释这里所公开的实施例，其中遍及各个附图同样的附图标记涉及相同的或功能上相似的元件并且其被并入说明书中并形成说明书的一部分。

图1图示了磁性感测***的X轴视图，该***能够根据一个实施例来实现；

图2图示了根据一个实施例的图1中所示出的磁性感测***的Y轴视图；

图3图示了根据一个实施例的在图1-2中所示出的集成电路的俯视图；

图4图示了能够根据一个实施例实现的AMR桥电路的电示意图；

图5图示了用于比较用途的对称AMR桥布局的图；

图6图示了能够根据一个实施例实现的不对称AMR桥布局的图；

图7图示了磁性感测***的X轴视图，该***能够根据可替换的实施例来实现；

图8图示了可替换的实施例的Y轴视图；

图9图示了在图7-8中所示出的磁性感测***的X和Y轴视图；并且

图10图示了能够根据优选实施例实现的不对称AMR桥布局的图。

具体实施方式

在这些非限制性例子中所论述的特定值和配置能够被改变并仅用来图示至少一个实施例，并且并不旨在限制其范围。

图1图示了磁性感测***100的X轴视图，它能够根据一个实施例来实现。类似地，图2图示了根据实施例在图1中所示出的磁性感测***100的Y轴视图。注意，在图1-6中，相同的或相似的部件或组件总体上由相同的附图标记来表示。因此，图1-6能够被一起解释以便描述一个或多个实施例。

磁性感测***100总体上包括案置于传感器包装件(package)102内的磁体(magnet)104和集成电路(IC)106。磁体104通常被设置在目标108附近，所述目标108包括多个齿112、116以及在它们之间形成的多个槽110、114和118。集成电路106被设置在磁体106的一侧，以使IC 106包括一组不对称布置的磁阻桥组件302、304、306和308，所述磁阻桥组件302、304、306和308未在图2中示出，但是在图3、4和6中更加详细地示出。注意，如这里所利用，术语“桥”通常指的是惠斯通电桥电路。

IC 106和磁体104被配置到传感器包装件102中，以使多个不对称布置的磁阻桥组件302、304、306和308实现对目标108的一个或多个齿112、116的检测。注意在图1中，出于观看目的而示出了Z-X-Y坐标122，而在图2中，图示了Z-Y-X坐标222。因此，Z-X-Y坐标122与***100的X轴视图相关，而Z-Y-X坐标222与***100的Y轴视图。

在图2中，示出了第一区域208(即区域A)，该区域被AMR桥组件302和304占据。在图2中还示出了第二区域210，该区域由AMR桥组件306和308占据。AMR桥组件302、304和306、308能够被实现为AMR桥电阻器，也被称为AMR带。

图3图示了根据一个实施例的图1-2中所示出的集成电路106的俯视图。在图3中还示出了区域210和208。因此，AMR带306、308被设置在区域210内，而AMR带302、304被设置在区域208内。

图4图示了能够根据实施例实现的AMR桥电路400的电示意图。AMR桥电路通常包括AMR电阻器或带302、304、306和308。AMR带302和306通常被连接到AMR桥电压404，而AMR带304和308被连接到地402。AMR带304和306彼此连接在电压节点406(即，V2)，而AMR带302和308彼此连接在电压节点408(即，V1)。

图5图示了用于比较用途的对称AMR桥布局的图。在图5中所示出的对称AMR桥布局通常由AMR带302、304、306和308组成。在图5中，实际上，存在着桥布局的两个对分，所述两个对分彼此互为镜像。第一对分基于第一组502的磁阻器302、304，而第二对分基于第二组504的磁阻器306、308。然而，在图5中所示出的对称模式对于经由涡流效应感测铁目标或非铁目标而言并不一样有用。

另一方面，图6图示了能够根据实施例实现的不对称AMR桥布局的图。在图6所示出的配置中，AMR桥尺寸(dimension)能够根据感测应用的具体要求而改变，所述具体要求例如是允许的传感器包装件大小、磁体尺寸、目标尺寸、传感器到目标的规格等。注意，在图4中，例如能够从AMR桥电路400经由它的不对称的桥布局来获得改进的性能，在图6中示出了不对称桥布局的一个例子，其中电路的两个对分不是彼此的镜像。

根据上文，可以理解磁性传感器包装件102包括设置在目标108附近的磁体104。目标108被形成为包括一个或多个齿112、116和在它们之间形成的一个或多个槽110、114、118。注意，目标108能够构成铁目标或非铁目标，这取决于设计考虑因素。在使用涡流效应的情况下，目标108不必是铁的，只要它以足够速度运动通过传感器包装件102即可。在该情况下，来自磁体104的、运动通过非铁但是导电目标108(诸如铝)的磁场能够在目标108中感应电流，所述电流又产生由这里所描述的一个或多个AMR变送器感测的磁场。

IC 106通常被设置在磁体104的一侧，其中IC 106包括多个不对称布置的磁阻桥组件302、304、306和308。IC 106和磁体104被配置到传感器包装件102中，以使多个不对称布置的磁阻桥组件302、304、306和308实现对目标齿112、116之中的至少一个齿的检测。注意，尽管在图1中只示出了两个目标齿112和116，但是可以理解能够根据目标108来实现更多的目标齿。

如在图6中所描述的那样，不对称布置的磁阻桥组件302、304、306和308通常包括不对称的磁阻桥电路400，所述不对称的磁阻桥电路400基于不对称地偏离于第二组604磁阻器306、308的第一组602磁阻器302、204。第一和第二组602、604磁阻器被配置在衬底上，在所述衬底上形成有IC 106。通常，第一组602磁阻器包括的布局几何与第二组604磁阻器的布局几何不同。

图7图示了磁性感测***700的X轴视图，它能够根据实施例来实现。注意，图7-8图示了在图1-6中所示出的实施例的变化。图8图示了根据实施例在图7中所示出的磁性感测***的Y轴视图。通常，在图1-9中，相同的或相似的部件或元件由相同的或相似的附图标记来表示。因此，***700类似于在图1-6中所示出的***100，差别在于IC 106被设置在磁体104的左边。

图9图示了根据实施例在图7-8中所示出的磁性感测***700的X-Y轴视图。在图9中，AMR组件904(例如，AMR桥电路400)被布置在相距磁体104的距离906处。通常，箭头908表示与***700的中心910之间的距离，而箭头914表示磁体104的x距离或宽度。类似地，箭头912表示磁体104的y距离或长度。注意，区域902表示***700的大体边界，而***700的X-Y配置由X-Y轴922来指示。注意，在图9中没有示出Z轴，这是因为***900的图解仅仅是相对于X-Y面示出的。

图10图示了能够根据优选实施例实现的不对称AMR桥布局1000的图。通常，AMR桥布局1000由磁阻组件1002、1004、1006、1008和1012和1014组成。布局1000例如能够在图7-8和图4中所示出的配置的情境下实现。例如，磁阻组件1004和1006能够被用来实现在图4中所示出的电阻器304(即，R4)。类似地，磁阻组件1002和1008能够适于在实现在图4中所图示的电阻器302(即，R2)过程中使用。同样，磁阻组件1014能够被用来实现在图4中所示出的电阻器308(即，R3)，而磁阻组件1012能够实现在图4中所示出的电阻器306(即，R1)。磁阻组件1002、1004、1006、1008、1012和1014因此构成AMR带。

在图10所示出的优选实施例中，能够考虑一些示例性带长度。例如磁阻组件或带1002可以具有643微米的长度，而磁阻组件或带1008可以具有700微米的长度，这取决于设计的考虑。带1002、1004、1006和1008之间的间隔例如可以是10微米，而带1012和1014之间的间隔可以是20微米。带1012的长度可以是1343微米，而每个带1012和1014可以具有10微米的宽度，这也取决于设计的考虑。在带1008的边缘和带1012的边缘之间的距离能够是例如540微米。对于这样的带所建议的AMR膜厚度是188埃，而这样的带的桥电阻例如可以是1500欧姆。AMR带宽度如之前所指示的那样可以大约为10微米。注意，在图10中所图示的箭头1016表示“AMR易轴(AMR Easy Axis)”。注意，下面表1提供了关于图9的一些样本数据和在图10中所示出的布局1000。

			参数	值	单位
MRSLd	1.30	毫米
			MRMagd	3.40	毫米
AMR桥R2带边缘到IC边缘(朝向目标)	30	微米
			IC边缘到第二级包装件面(朝向目标)	0.83	毫米
近似校准的磁***置，与第二级面的距离	1.99	毫米
			磁材料	NdFeB
磁材料Br	12600	高斯(Gauss)
			磁材料Hc	11800	奥斯特(Oersteds)
MagX	2.04	毫米
			MagY	3.53	毫米
MagZ	5.50	毫米

表1

应当理解，可以根据需要把以上所公开的和其它特征和功能的变化或其替换方式组合到许多其它不同的***或应用中。本领域技术人员随后可以对其进行各种目前所未预见或未预期的替换方式、修改、变化或改进，这也旨在被包含在以下权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种磁性传感器，包括：

设置在目标附近的磁体，所述目标包括多个齿和在它们之间形成的多个槽；

集成电路，设置在所述磁体的侧边，其中所述集成电路包括多个不对称布置的磁阻桥组件，其中所述集成电路和所述磁体被配置到传感器包装件中，以使所述多个不对称布置的磁阻桥组件实现对所述目标的所述多个齿之中的至少一个齿的检测。

2.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括不对称磁阻桥电路。

3.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括不对称地偏离于第二组磁阻器的第一组磁阻器，其中所述第一和第二组磁阻器被配置在衬底上，在所述衬底上形成有所述集成电路的。

4.如权利要求3所述的传感器，其中所述第一组磁阻器包括与所述第二组磁阻器的布局几何不同的布局几何。

5.如权利要求1所述的传感器，其中所述目标包括铁或非铁目标。

6.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括AMR带。

7.如权利要求1所述的传感器，其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括不对称地偏离于第二组磁阻组件且设置到第二组磁阻组件附近的第一组磁阻组件。

8.一种磁性传感器，包括：

铁目标；

设置在所述铁目标附近的磁体，其中所述铁目标包括多个齿和在它们之间形成的多个槽；

在衬底上形成的集成电路，其中所述集成电路被设置在所述磁体的侧边，其中所述集成电路包括多个不对称布置的磁阻桥组件，其中所述集成电路和所述磁体被配置到传感器包装件中，以使所述多个不对称布置的磁阻桥组件实现对所述铁目标的所述多个齿之中的至少一个齿的检测；并且

其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括不对称地偏离于第二组磁阻器的第一组磁阻器，其中所述第一和第二组磁阻器被配置在所述衬底上，在所述衬底上形成有所述集成电路。

9.如权利要求8所述的***，其中所述多个不对称布置的磁阻桥组件包括不对称磁阻桥电路。

10.一种磁性感测方法，包括：

把磁体定位在目标附近，所述目标包括多个齿和在它们之间形成的多个槽；以及

把集成电路放置在所述磁体的侧边，其中所述集成电路包括多个不对称布置的磁阻桥组件，其中所述集成电路和所述磁体被配置到传感器包装件中，以使所述多个不对称布置的磁阻桥组件实现对所述目标的所述多个齿之中的至少一个齿的检测。

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