TW201719189A

TW201719189A - 磁場感測裝置及其感測方法

Info

Publication number: TW201719189A
Application number: TW105132309A
Authority: TW
Inventors: 袁輔德; 高培鈞; 賴孟煌
Original assignee: 愛盛科技股份有限公司
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-06-01
Also published as: TWI613458B

Abstract

磁場感測裝置及感測方法。磁場感測裝置包括第一異向性磁電阻、第二異向性磁電阻、電流產生器以及運算器。第一異向性磁電阻的磁化方向被設定為第一方向。第二異向性磁電阻的磁化方向被設定為與第一方向相反或相同的第二方向。電流產生器提供電流沿平行於第一方向的方向以流經第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻。運算器依據第一異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第一偵測電壓，依據第二異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第二偵測電壓，再針對第一偵測電壓以及第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

Description

磁場感測裝置及其感測方法

本發明是有關於一種磁場感測裝置及感測方法，且特別是有關於一種利用異向性磁電阻所構成的磁場感測裝置及感測方法。

隨著可攜式電子裝置的普及，能夠感應地磁方向的電子羅盤之技術便受到重視。當電子羅盤應用於體積小的可攜式電子裝置（如智慧型手機）時，電子羅盤除了需符合體積小的需求之外，最好還能夠達到三軸的感測，這是因為使用者以手握持手機時，有可能是傾斜地握持，且各種不同的握持角度也都可能產生。此外，電子羅盤亦可應用於無人機（drone）（例如遙控飛機、遙控直升機等）上。

在習知技術中，一般常利用異向性磁電阻（Anisotropic Magneto-Resistive resistor, AMR resistor）並透過惠斯登電橋（Wheatstone bridge）架構來進行磁場的感測動作。在惠斯登電橋（Wheatstone full bridge）架構中，需要建構四個異向性磁電阻來進行磁場的感測。也就是說，習知技術的磁場感測裝置常需要較大的布局面積，造成生產成本的增加。

本發明提供一種磁場感測裝置及其偵測方法，有效提升磁場感測的精準度、縮小磁場感測裝置的體積，並節省成本。

本發明的磁場感測裝置包括第一異向性磁電阻、第二異向性磁電阻、電流產生器以及運算器。第一異向性磁電阻的磁化方向被設定為第一方向。第二異向性磁電阻的磁化方向被設定為與第一方向相反或相同的第二方向。當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場增大時，第二異向性磁電阻的電阻值對應減小；此外，當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場而減小時，第二異向性磁電阻的電阻值對應增大。電流產生器耦接第一異向性磁電阻以及第二異向性磁電阻。電流產生器提供電流沿平行於第一方向的方向以流經第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻。運算器耦接第一異向性磁電阻、第二異向性磁電阻以及電流產生器。運算器依據第一異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第一偵測電壓，依據第二異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第二偵測電壓，再針對第一偵測電壓以及第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

在本發明的一實施例中，上述的運算器包括第一運算放大器、第二運算放大器以及算術運算器。第一運算放大器的第一輸入端耦接至第一異向性磁電阻的第一端，第一運算放大器的第二端耦接至第一異向性磁電阻的第二端並耦接至參考接地端，第一運算放大器的輸出端產生第一偵測電壓。第二運算放大器的第一輸入端耦接至第二異向性磁電阻的第一端，第二運算放大器的第二端耦接至第二異向性磁電阻的第二端並耦接至參考接地端，第二運算放大器的輸出端產生第二偵測電壓。算術運算器耦接第一運算放大器的輸出端以及第二運算放大器的輸出端，使第二偵測電壓與第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

在本發明的一實施例中，上述的算術運算器為減法器，算術運算為減法運算。

在本發明的一實施例中，上述的電流產生器包括第一電流源以及第二電流源。第一電流源耦接至第一異向性磁電阻的第一端，提供第一電流沿平行於第一方向的方向流經第一異向性磁電阻。第二電流源耦接至第二異向性磁電阻的第一端，提供第二電流沿平行於第一方向的方向流經第二異向性磁電阻。

在本發明的一實施例中，上述的運算器包括第一運算放大器、第二運算放大器以及算術運算器。第一運算放大器的第一輸入端耦接至第一異向性磁電阻的第一端，第一運算放大器的第二端耦接至第一異向性磁電阻的第二端以及第二異向性磁電阻的第一端，第一運算放大器的輸出端產生第一偵測電壓。第二運算放大器的第一輸入端耦接至第二異向性磁電阻的第一端，第二運算放大器的第二端耦接至第二異向性磁電阻的第二端並耦接至參考接地端，第二運算放大器的輸出端產生第二偵測電壓。算術運算器耦接第一運算放大器的輸出端以及第二運算放大器的輸出端，使第二偵測電壓與第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

在本發明的一實施例中，上述的電流產生器提供第一電流至第一異向性磁電阻的第一端並使第一電流依據平行於第一方向的方向依序流經第一異向性磁電阻以及第二異向性磁電阻。

在本發明的一實施例中，在上述的第一磁場偵測結果產生之後，第一異向性磁電阻的磁化方向被變更為第一方向的反向，第二異向性磁電阻的磁化方向被變更為第二方向的反向，運算器再依據第一異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第三偵測電壓，依據第二異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得第四偵測電壓，並針對第三偵測電壓以及第四偵測電壓進行算術運算以獲得第二磁場偵測結果。

在本發明的一實施例中，上述的運算器更包括使第一磁場偵測結果與第二磁場偵測結果進行算術運算以獲得第三磁場偵測結果。

在本發明的一實施例中，上述的第一異向性磁電阻與第二異向性磁電阻配置在相同的基板上。

在本發明的一實施例中，各第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻包括一鐵磁條。鐵磁條包括多個串聯耦接的短路棒，各短路棒具有錐形端點。

在本發明的一實施例中，磁場感測裝置更包括多個磁化方向設定元件，分別配置在該第一異向性磁電阻以及該第一異向性磁電阻旁。磁化方向設定元件用以分別設定第一異向性磁電阻以及第一異向性磁電阻的磁化方向。

本發明的磁場感測方法包括：提供第一異向性磁電阻，並設定其磁化方向為第一方向；提供第二異向性磁電阻，並設定其磁化方向為第二方向，其中第二方向與第一方向相反或相同，且當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場增大時，第二異向性磁電阻的電阻值對應減小；當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場而減小時，第二異向性磁電阻的電阻值對應增大；提供電流沿平行於第一方向的方向以流經第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻；依據第一異向性磁電阻兩端間的電壓差以及第二異向性磁電阻兩端間的電壓差來分別獲得第一偵測電壓以及第二偵測電壓；以及，針對第一偵測電壓以及第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

基於上述，本發明的實施例提供具有相反或相同的磁化設定方向的第一異向性磁電阻以及第二異向性磁電阻來進行磁場的感測動作，且當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場增大時，第二異向性磁電阻的電阻值對應減小；當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場而減小時，第二異向性磁電阻的電阻值對應增大。其中，本發明的實施例僅需要透過兩個異向性磁電阻即可完成磁場感測動作，有效降低磁場感測裝置的電路佈局面積，有效降低生產成本。另外，本發明的實施例透過使依據不同電阻變化趨勢的異向性磁電阻所產生的偵測電壓進行算數運算動作，可抵消系統所產生的電性偏移（offset）所可能造成的影響，並可降低環境雜訊以及溫度變化所產生的電性參數漂移所產生的影響，有效提升磁場感測的準確度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的磁場感測裝置的示意圖。磁場感測裝置100包括異向性磁電阻110以及120、電流產生器130以及運算器140。異向性磁電阻110串接在電流產生器130以及運算器140之間，在磁場感測裝置100進行磁場感測前的一初使時間週期間，異向性磁電阻110的磁化方向並可被設定為方向D1。異向性磁電阻120串接在電流產生器130以及運算器140之間，在磁場感測裝置100進行磁場感測前的初使時間週期間，異向性磁電阻120的磁化方向則被可設定為方向D2，其中，方向D1與方向D2相反。

異向性磁電阻110以及120分別提供電阻值R1以及R2。在異向性磁電阻110以及120在未接收外來磁場的影響下，異向性磁電阻110以及120所分別提供的電阻值R1以及R2可以是相同的。而基於異向性磁電阻110以及120所設定的磁化方向是相反的，當異向性磁電阻110以及120接收到外來磁場的影響時，異向性磁電阻110所提供的電阻值R1的變化趨勢與異向性磁電阻120所提供的電阻值R2的變化趨勢是相反的。具體來說明，當異向性磁電阻110所提供的電阻值R1因外來磁場的影響而增加時，異向性磁電阻120所提供的電阻值R2會對應減小。相對的，當異向性磁電阻110所提供的電阻值R1因外來磁場的影響而減小時，異向性磁電阻120所提供的電阻值R2會對應增大。

電流產生器130提供電流I1沿方向D1以流經異向性磁電阻110，並提供電流I2沿平行於方向D1的方向以流經異向性磁電阻120。此外，運算器140則耦接至異向性磁電阻110的兩端點，以及耦接至異向性磁電阻120的兩端點。運算器140並依據異向性磁電阻110兩端點間的電壓差來產生第一偵測電壓，且依據異向性磁電阻120兩端點間的電壓差來產生第二偵測電壓，再透過使第一偵測電壓以及第二偵測電壓進行算數運算來產生磁場偵測結果V_O 。

關於磁場感測的動作細節，磁場感測裝置100進行磁場感測動作時，異向性磁電阻110、120所提供的電阻值R1以及R2會隨著受測磁場在方向H（其中方向H垂直於異向性磁電阻110、120的延伸方向）上的分量而產生變化。舉例來說明，當受測磁場在方向H的分量不為0時，異向性磁電阻110所提供的電阻值R1可變更為R+DR，異向性磁電阻120所提供的電阻值R1則變更為R-DR。透過電流產生器130所提供電流I1以及I2，異向性磁電阻110的兩端電壓差可隨受測磁場的強度增大而變大，同時，異向性磁電阻120的兩端電壓差可隨受測磁場的強度增大而變小。依據異向性磁電阻110以及120的兩端電壓差，運算器140可分別獲得第一偵測電壓以及第二偵測電壓。並且，針對第一偵測電壓以及該第二偵測電壓進行算術運算（例如減法運算），運算器140可獲得第一磁場偵測結果V_O 。

由上述的說明可以得知，當受測磁場H增大時，異向性磁電阻110的兩端電壓差逐漸增大而異向性磁電阻120的兩端電壓差逐漸減小，因此，透過比較異向性磁電阻110的兩端電壓差以及異向性磁電阻120的兩端電壓差的變化趨勢，就可以得知受測磁場的變化趨勢，並反映在第一磁場偵測結果上V_O 。

在本實施例中，電流產生器130所提供的電流I1以及I2的電流值大小可以是相同的。電流產生器130的建構方式，可以透過電流鏡（current mirror）電路依據鏡射一個預設的參考電流來分別產生電流I1以及I2。當然，上述的電流產生器130的建構方式僅只是一個範例，不用以限縮本發明的範疇。凡本領域具通常知識者所熟知的電流產生電路皆可應用以設計本發明的電流產生器130。

在本實施例中，異向性磁電阻110以及120可以設置在相同的基板上。而上術的基板的材質可以是矽、玻璃或其他任意可以機械性支撐磁場感測裝置100的材質。在本發明一實施例中，感測裝置100可以設置在半導體晶片上，並透過積體電路的設計方式來形成。

以下請參照圖2，圖2繪示本發明另一實施例的磁場感測裝置的示意圖。磁場感測裝置200包括異向性磁電阻210、220、電流產生器230以及運算器240。在本實施例中，電流產生器230包括電流源IS1以及IS2，並依據方向D1分別提供電流I1、I2流向異向性磁電阻210以及220。運算器240則包括運算放大器OP1以及OP2以及算術運算器241，其中，運算放大器OP1的正輸入端耦接至異向性磁電阻210的第一端，運算放大器OP1的負輸入端則耦接至異向性磁電阻210的第二端，並藉以檢測異向性磁電阻210的兩端間的電壓差。運算放大器OP2的正輸入端耦接至異向性磁電阻220的第一端，運算放大器OP2的負輸入端則耦接至異向性磁電阻220的第二端，並藉以檢測異向性磁電阻220的兩端間的電壓差。另外，運算放大器OP1、OP2的負輸入端另耦接至參考接地端GND。

算術運算器241則耦接至運算放大器OP1以及OP2的輸出端，接收運算放大器OP1以及OP2所分別產生的第一偵測電壓V1以及第二偵測電壓V2，並針對第一偵測電壓V1以及第二偵測電壓V2進行減法運算以產生第一磁場偵測結果V_O 。

關於磁場感測裝置200的動作細節，在進行感測動作前的初始時間中，可先針對異向性磁電阻210、220的磁化方向進行設定，並使異向性磁電阻210、220的磁化方向相反。在本實施例中，異向性磁電阻210的磁化方向被設定為方向D1，異向性磁電阻220的磁化方向則被設定為方向D2。在完成磁化方向的設定動作後，異向性磁電阻210、220的磁化方向設定動作可以被停止，並開始進行磁場的感測動作。

依據受測磁場H，異向性磁電阻210、220所分別提供的電阻值R1以及R2依據相反趨勢產生變化，例如，當異向性磁電阻210所提供的電阻值R1增大時，異向性磁電阻220所提供的電阻值R2對應減小時，或者，當異向性磁電阻210所提供的電阻值R1減小時，異向性磁電阻220所提供的電阻值R2對應增大時。附帶一提的，當受測磁場H等於0時，異向性磁電阻210、220所分別提供的電阻值R1以及R2維持等於初始時的狀態。

在此同時，電流產生器230中的電流IS1以及IS2依據方向D1分別提供電流I1以及I2以流經異向性磁電阻210以及220。運算放大器OP1以及OP2並分別擷取異向性磁電阻210以及220兩端點間的電壓差，並針對所接收的電壓差進行放大以分別產生第一偵測電壓V1以及第二偵測電壓V2。運算器241則使第一偵測電壓V1減去第二偵測電壓V2以產生第一磁場偵測結果V_O 。

以下請同步參照圖2以及圖3，其中圖3繪示本發明實施例的磁場偵測結果的波形圖。在圖3中，縱軸為第一磁場偵測結果V_O 的電壓值，而橫軸則為受測磁場H的大小。在受測磁場H介於固定的範圍中時，異向性磁電阻210以及220所分別提供的電阻值R1以及R2與受測磁場H呈線性關係，且電阻值R1與受測磁場H呈正相關，電阻值R2與受測磁場H則呈負相關。

在圖3中，當受測磁場H等於H₀ 時，運算放大器OP1所產生的第一偵測電壓V1 = V + DV而運算放大器OP1所產生的第二偵測電壓V2 = V – DV，其中V為基準電壓（即為當受測磁場H等於0時運算放大器OP1、OP2所產生的電壓）。透過使第一偵測電壓V1與第二偵測電壓V2相減，即可獲得第一磁場偵測結果V_O = V + DV – (V – DV) = 2×DV。

由上述的說明可以得知，本發明實施例提供異向性磁電阻210以及220來取得第一、第二偵測電壓V1、V2，並透過使第一、第二偵測電壓V1、V2的相減動作來產生第一磁場偵測結果V_O ，如此一來，環境雜訊對磁場感測裝置200所造成的影響可以被降低，並提升偵測結果的準確度。

以下請參照圖4，圖4繪示本發明圖2實施例的磁場感測裝置的另一感測階段的動作示意圖。為提升磁場感測的準確度，在圖4實施例中透過再一階段的感測動作以產生更準確的第二磁場偵測結果V_O ^’ 。

在圖4中，當第一磁場偵測結果V_O 產生後，可針對異向性磁電阻210以及220的磁化方向進行下一次的設定，並使異向性磁電阻210以及220的磁化方向分別改變為相反的方向D2以及方向D1。在完成異向性磁電阻210以及220的磁化方向的調整後，電流產生器230再次提供電流I1以及I2依方向D1以分別流經異向性磁電阻210以及220。接著，運算放大器OP1以及OP2可分別依據異向性磁電阻210以及220的兩端間的電壓差以產生第一偵測電壓V1^’ 以及第二偵測電壓V2^’ ，而算術運算器241則可使第一偵測電壓V1^’ 以及第二偵測電壓V2^’ 執行減法運算以產生第二磁場偵測結果V_O ^’ 。

以下請同步參照圖4以及圖5，其中圖5繪示本發明實施例的第二階段的磁場偵測結果的波形圖。在圖5中，縱軸為第一磁場偵測結果V_O 的電壓值，而橫軸則為受測磁場H的大小。在受測磁場H介於固定的範圍中時，異向性磁電阻210以及220所分別提供的電阻值R1以及R2與受測磁場H呈線性關係。而與圖3不相同的，在圖5中，電阻值R1與受測磁場H呈負相關，電阻值R2與受測磁場H則呈正相關。

在圖5中，當受測磁場H等於H₀ 時，運算放大器OP1所產生的第一偵測電壓V1^’ = V + DV而運算放大器OP1所產生的第二偵測電壓V2^’ = V – DV，其中V為基準電壓。透過使第一偵測電壓V1^’ 與第二偵測電壓V2^’ 相減，即可獲得第二磁場偵測結果V_O ^’ = V - DV – (V + DV) = -2×DV。接著，運算電路240並使第一磁場偵測結果V_O 與第二磁場偵測結果V_O ^’ 進行再一次的減法運算，並可獲得等於4×DV的第三磁場偵測結果。

在此請注意，透過使第一磁場偵測結果V_O 與第二磁場偵測結果V_O ^’ 進行再一次的減法運算，運算放大器OP1以及OP2的直流電壓偏移（DC offset）所產生的影響可以有效的獲得補償，並使磁場偵測結果的準確度更為提升。

附帶一提的，上述的運算放大器OP1、OP2的正、負輸入端與異向性磁電阻210以及220的端點連接關係是可以被變更的。舉例來說明，圖2、4中的運算放大器OP2的正、負輸入端可以交換，並且，算術運算器241則可對應變更為加法器，如此一來，磁場感測裝置200還是可以產生相同的磁場偵測結果。也就是說，本領域具通常知識者可以依據上述的原理進行運算放大器OP1、OP2與異向性磁電阻210以及220的端點連接關係以及算術運算器241所操作的算術運算進行調整，並使本實施可具以實施。

以下請參照圖6，圖6繪示本發明再一實施例的磁場感測裝置的示意圖。磁場感測裝置600包括異向性磁電阻610、620、電流產生器630以及運算器640。運算器640並包括運算放大器OP1、OP2以及算術運算器641。與前述實施例不同的，本發明實施例中的異向性磁電阻610、620相互串聯耦接，其中，異向性磁電阻610的第一端耦接至電流產生器630以及運算放大器OP1的正輸入端，異向性磁電阻610的第二端耦接至運算放大器OP1的負輸入端，並耦接至異向性磁電阻620的第一端。另外，異向性磁電阻620的第一端並耦接至運算放大器OP2的正輸入端，而異向性磁電阻620的第二端則耦接至運算放大器OP2的負輸入端以及參考接地端GND。

基於異向性磁電阻610、620相互串聯耦接的條件下，電流產生器630僅需單一電流源IS3以產生電流I1。電流產生器630並依據方向D1傳送電流I1依序流經異向性磁電阻610以及620。基於本實施例的架構，透過設定具有相反磁化方向的異向性磁電阻610、620，並透過前述的一階段或二階段的磁場感測方法，本發明實施例的磁場感測裝置600可透過算術運算器641的算術運算來獲得磁場偵測結果V_O 。

以下請參照圖7A以及7B，圖7A以及7B繪示本發明不同實施例的異向性磁電阻的佈局方法。其中，異向性磁電阻710以及720可以是具有理髮店招牌（barber pole）狀結構，亦即其表面設有相對於異向性磁電阻710、720的延伸方向傾斜45度延伸的多個短路棒SB（electrical shorting bar），這些短路棒彼此相間隔且平行地設置於鐵磁膜FF（ferromagnetic film）上，而鐵磁膜FF為異向性磁電阻710、720的主體，其延伸方向即為異向性磁電阻FF的延伸方向。此外，鐵磁膜FF的相對兩端可製作成尖端狀。

在圖7A中，異向性磁電阻710以及異向性磁電阻720可分隔進行配置。其中，異向性磁電阻710配置在磁化方向設定元件C1上，異向性磁電阻720則配置在磁化方向設定元件C2上，並且，異向性磁電阻710耦接在端點P2以及端點P2間，異向性磁電阻720則耦接在端點P2以及端點P1間。圖7A的異向性磁電阻710、720可分別應用於本發明圖2實施例的異向性磁電阻210、220，其中的端點P1可耦接至運算放大器OP2的正輸入端並接收電流I2，端點P3可耦接至運算放大器OP1的正輸入端並接收電流I1，而端點P2則可耦接至參考接地端GND以及運算放大器OP1、OP2的負輸入端。此外，圖7A的異向性磁電阻710、720也可分別應用於本發明圖6實施例的異向性磁電阻610、620，其中的端點P2可耦接至運算放大器OP1的負輸入端以及運算放大器OP2的正輸入端，端點P3可耦接至運算放大器OP1的正輸入端並接收電流I1，而端點P1則可耦接至參考接地端GND以及運算放大器OP2的負輸入端。磁化方向設定元件C1、C2例如是線圈、導線或導體，其可分別藉由通電流產生平行於鐵磁膜FF的延伸方向、通過鐵磁膜FF且方向相反的兩個的磁場，以將異向性磁電阻710、720的磁化方向分別設定為方向D1與方向D2。

在圖7B中，異向性磁電阻730以及異向性磁電阻740則可交錯進行配置。其中，部分的異向性磁電阻730以及部分的異向性磁電阻740交錯配置在磁化方向設定元件C1，另一部分的異向性磁電阻730以及另一部分的異向性磁電阻740交錯配置在磁化方向設定元件C2。異向性磁電阻730耦接在端點P5以及端點P6間，異向性磁電阻720則耦接在端點P5以及端點P4間。值得注意的，配置在相同磁化方向設定元件中的部分異向性磁電阻730以及部分異向性磁電阻740其短路棒的方向是互補的，而配置在相異磁化方向設定元件的部分異向性磁電阻730（或異向性磁電阻740）其短路棒的方向是互補的。

圖7B中的異向性磁電阻730以及異向性磁電阻740同樣可應用於本發明圖2、6實施例的磁場感測裝置200、600中。應用在磁場感測裝置200時，端點P4可耦接至運算放大器OP2的正輸入端並接收電流I2，端點P6可耦接至運算放大器OP1的正輸入端並接收電流I1，而端點P5則可耦接至參考接地端GND以及運算放大器OP1、OP2的負輸入端。應用在磁場感測裝置600時，端點P5可耦接至運算放大器OP1的負輸入端以及運算放大器OP2的正輸入端，端點P6可耦接至運算放大器OP1的正輸入端並接收電流I1，而端點P4則可耦接至參考接地端GND以及運算放大器OP2的負輸入端。

以下請參照圖8，圖8繪示本發明實施例的磁場感測方法的流程圖。步驟S810提供第一異向性磁電阻，並設定其磁化方向為第一方向，步驟S820則提供第二異向性磁電阻，並設定其磁化方向為第二方向，其中第二方向與第一方向相反。接著，步驟S830並提供電流沿第一方向以流經第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻。步驟S840則依據第一異向性磁電阻兩端間的電壓差以及第二異向性磁電阻兩端間的電壓差來分別獲得第一偵測電壓以及第二偵測電壓，並在步驟S850針對第一偵測電壓以及第二偵測電壓進行算術運算以獲得第一磁場偵測結果。

關於上述步驟的實施細節在前述的多個實施例中已有詳盡的說明，以下恕不多贅述。

請再參照圖7A與圖7B，上述的實施例中異向性磁電阻710與720的磁場設定方向是以兩個相反的方向D1與D2為例，但在另一實施例中，可將圖7A的異向性磁電阻720的短路棒SB方向改成圖7B的標號740右邊的異向性磁電阻740的短路棒SB方向（即和原本相差90度，但短路棒SB的延伸方向都是與鐵磁膜FF的延伸方向夾45度）。關於異向性磁電阻的特性，當外在磁場固定時，而短路棒旋轉90度時，異向性磁電阻的電阻值會從原本的增加一個ΔR值變成減少ΔR值，或從原本的減少一個ΔR值變成增加ΔR值，而ΔR值與垂直於鐵磁膜FF的外在磁場的分量的大小對應；當磁場設定方向變成反向時，也會有此情形；然而，當鐵磁膜FF的電流的方向相反時，則不會有此情形，而是異向性磁電阻的電阻值變化方向維持不變。因此，在此另一實施例中，由於將圖7A的異向性磁電阻720的短路棒SB方向改成圖7B的標號740右邊的異向性磁電阻740的短路棒SB方向，也就是異向性磁電阻210的短路棒SB的延伸方向與異向性磁電阻SB的短路棒SB的延伸方向垂直，此時對異向性磁電阻710的磁場設定方向（方向D1）與對異向性磁電阻720的磁場設定方向（方向D2）可變更成同向，亦即方向D1與方向D2都朝圖7A的左方，或方向D1與方向D2都朝圖7A的右方，如此仍然可使異向性磁電阻710、720對應於受測磁場H的電阻值變化方向相反而變化大小實質上相同，例如兩者的電阻值變化分別為ΔR與-ΔR。而在又一實施例中，在下一時刻，更可使異向性磁電阻710、720的磁場設定方向變為反向，例如方向D1與D2原本都朝左改成都朝右，或方向D1與D2原本都朝右改成都朝左。

綜上所述，本發明的實施例提供成對的第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻，並透過設定第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻具有相反或相同的磁化方向，且當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場增大時，第二異向性磁電阻的電阻值對應減小；當第一異向性磁電阻的電阻值依據受測磁場而減小時，第二異向性磁電阻的電阻值對應增大。此外，再藉由偵測第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻接收相同電流所產生的電壓差以計算出磁場偵測結果。如此一來，本發明僅需成對的第一異向性磁電阻及第二異向性磁電阻即可完成磁場感測動作，有效減少磁場感測裝置所需的元件佈局面積，有效降低成本。另外，透過針對成對異向性磁電阻的電壓差進行算術運算可有效降低環境雜訊對感測結果造成的影響，並且，電路元件的直流偏移以及溫度造成的電性漂移也可以一併獲得補償，提升感測結果的準確度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、600‧‧‧磁場感測裝置
110、120、210、220、610、620、710、720、730、740‧‧‧異向性磁電阻
130、230、630‧‧‧電流產生器
140、240、640‧‧‧運算器
R1、R2‧‧‧電阻值
D1、D2‧‧‧方向
I1、I2‧‧‧電流
V_O 、V_O ^’ ‧‧‧第一磁場偵測結果
V1、V2、V1^’、V2^’‧‧‧偵測電壓
OP1、OP2‧‧‧運算放大器
241、641‧‧‧算術運算器
IS1~IS3‧‧‧電流源
GND‧‧‧參考接地電壓
H‧‧‧受測磁場
H₀‧‧‧磁場量
P1~P6‧‧‧端點
C1、C2‧‧‧磁化方向設定元件
S810~S850‧‧‧磁場感測方法的步驟

圖1繪示本發明一實施例的磁場感測裝置的示意圖。圖2繪示本發明另一實施例的磁場感測裝置的示意圖。圖3繪示本發明實施例的磁場偵測結果的波形圖。圖4繪示本發明圖2實施例的磁場感測裝置的另一感測階段的動作示意圖。圖5繪示本發明實施例的第二階段的磁場偵測結果的波形圖。圖6繪示本發明再一實施例的磁場感測裝置的示意圖。圖7A以及7B繪示本發明不同實施例的異向性磁電阻的佈局方法。圖8繪示本發明實施例的磁場感測方法的流程圖。

100‧‧‧磁場感測裝置

110、120‧‧‧異向性磁電阻

130‧‧‧電流產生器

140‧‧‧運算器

R1、R2‧‧‧電阻值

D1、D2‧‧‧方向

I1、I2‧‧‧電流

H‧‧‧受測磁場

V_O‧‧‧第一磁場偵測結果

Claims

一種磁場感測裝置，包括：一第一異向性磁電阻，其磁化方向被設定為一第一方向；一第二異向性磁電阻，其磁化方向被設定為一第二方向，其中該第二方向與該第一方向相反或相同，且當該第一異向性磁電阻的電阻值依據一受測磁場增大時，該第二異向性磁電阻的電阻值對應減小，當該第一異向性磁電阻的電阻值依據一受測磁場而減小時，該第二異向性磁電阻的電阻值對應增大；一電流產生器，耦接該第一異向性磁電阻以及該第二異向性磁電阻，提供電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻；以及一運算器，耦接該第一異向性磁電阻、該第二異向性磁電阻以及該電流產生器，依據該第一異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得一第一偵測電壓，依據該第二異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得一第二偵測電壓，再針對該第一偵測電壓以及該第二偵測電壓進行一算術運算以獲得一第一磁場偵測結果。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該運算器包括：一第一運算放大器，其第一輸入端耦接至該第一異向性磁電阻的第一端，該第一運算放大器的第二端耦接至該第一異向性磁電阻的第二端並耦接至一參考接地端，該第一運算放大器的輸出端產生該第一偵測電壓；一第二運算放大器，其第一輸入端耦接至該第二異向性磁電阻的第一端，該第二運算放大器的第二端耦接至該第二異向性磁電阻的第二端並耦接至該參考接地端，該第二運算放大器的輸出端產生該第二偵測電壓；以及一算術運算器，耦接該第一運算放大器的輸出端以及該第二運算放大器的輸出端，使該第二偵測電壓與該第二偵測電壓進行該算術運算以獲得一第一磁場偵測結果。
如申請專利範圍第2項所述的磁場感測裝置，其中該算術運算器為減法器，該算術運算為減法運算。
如申請專利範圍第2項所述的磁場感測裝置，其中該電流產生器包括：一第一電流源，耦接至該第一異向性磁電阻的第一端，提供一第一電流沿平行於該第一方向的方向流經該第一異向性磁電阻；以及一第二電流源，耦接至該第二異向性磁電阻的第一端，提供一第二電流沿平行於該第一方向的方向流經該第二異向性磁電阻。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該運算器包括：一第一運算放大器，其第一輸入端耦接至該第一異向性磁電阻的第一端，該第一運算放大器的第二端耦接至該第一異向性磁電阻的第二端以及該第二異向性磁電阻的第一端，該第一運算放大器的輸出端產生該第一偵測電壓；一第二運算放大器，其第一輸入端耦接至該第二異向性磁電阻的第一端，該第二運算放大器的第二端耦接至該第二異向性磁電阻的第二端並耦接至一參考接地端，該第二運算放大器的輸出端產生該第二偵測電壓；以及一算術運算器，耦接該第一運算放大器的輸出端以及該第二運算放大器的輸出端，使該第二偵測電壓與該第二偵測電壓進行該算術運算以獲得一第一磁場偵測結果。
如申請專利範圍第5項所述的磁場感測裝置，其中該電流產生器提供一第一電流至該第一異向性磁電阻的第一端並使該第一電流依據平行於該第一方向的方向依序流經該第一異向性磁電阻以及該第二異向性磁電阻。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中在該第一磁場偵測結果產生之後，該第一異向性磁電阻的磁化方向被變更為該第一方向的反向，該第二異向性磁電阻的磁化方向被變更為該第二方向的反向，該運算器再依據該第一異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得一第三偵測電壓，依據該第二異向性磁電阻兩端間的電壓差獲得一第四偵測電壓，並針對該第三偵測電壓以及該第四偵測電壓進行該算術運算以獲得一第二磁場偵測結果。
如申請專利範圍第7項所述的磁場感測裝置，其中該運算器更包括使該第一磁場偵測結果與該第二磁場偵測結果進行該算術運算以獲得一第三磁場偵測結果。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中該第一異向性磁電阻與該第二異向性磁電阻配置在相同的基板上。
如申請專利範圍第1項所述的磁場感測裝置，其中更包括：多個磁化方向設定元件，分別配置在該第一異向性磁電阻以及該第一異向性磁電阻旁，以分別設定該第一異向性磁電阻以及該第一異向性磁電阻的磁化方向。
一種磁場感測方法，包括：提供一第一異向性磁電阻，並設定其磁化方向為一第一方向；提供一第二異向性磁電阻，並設定其磁化方向為一第二方向，其中該第二方向與該第一方向相反或相同，且當該第一異向性磁電阻的電阻值依據一受測磁場增大時，該第二異向性磁電阻的電阻值對應減小，當該第一異向性磁電阻的電阻值依據一受測磁場而減小時，該第二異向性磁電阻的電阻值對應增大；提供電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻；依據該第一異向性磁電阻兩端間的電壓差以及該第二異向性磁電阻兩端間的電壓差來分別獲得一第一偵測電壓以及一第二偵測電壓；以及針對該第一偵測電壓以及該第二偵測電壓進行一算術運算以獲得一第一磁場偵測結果。
如申請專利範圍第11項所述的磁場感測方法，其中依據該第一異向性磁電阻兩端間的電壓差以及該第二異向性磁電阻兩端間的電壓差來分別獲得該第一偵測電壓以及該第二偵測電壓的步驟包括：提供一第一運算放大器以接收該第一異向性磁電阻兩端的電壓，並依據該第一異向性磁電阻兩端的電壓差以產生該第一偵測電壓；以及提供一第二運算放大器以接收該第二異向性磁電阻兩端的電壓，並依據該第二異向性磁電阻兩端的電壓差以產生該第二偵測電壓。
如申請專利範圍第11項所述的磁場感測方法，其中提供電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻的方法包括：提供一第一電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻；以及提供一第二電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第二異向性磁電阻。
如申請專利範圍第11項所述的磁場感測方法，其中提供電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻的方法包括：提供一第一電流沿平行於該第一方向的方向依序流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻。
如申請專利範圍第11項所述的磁場感測方法，在該第一磁場偵測結果產生之後，更包括：變更該第一異向性磁電阻的磁化方向為該第一方向的反向；變更該第二異向性磁電阻的磁化方向為該第二方向的反向；提供電流沿平行於該第一方向的方向以流經該第一異向性磁電阻及該第二異向性磁電阻；依據該第一異向性磁電阻兩端間的電壓差以及該第二異向性磁電阻兩端間的電壓差以分別獲得一第三偵測電壓以及一第四偵測電壓；以及針對該第三偵測電壓以及該第四偵測電壓進行該算術運算以獲得一第二磁場偵測結果。
如申請專利範圍第15項所述的磁場感測方法，其中更包括：使該第一磁場偵測結果與該第二磁場偵測結果進行該算術運算以獲得一第三磁場偵測結果。
如申請專利範圍第11項所述的磁場感測方法，其中該第一異向性磁電阻與該第二異向性磁電阻配置在相同的基板上。