专利名称：使用单个磁阻传感器确定磁场的面内磁场分量的装置和方法
使用单个磁阻传感器确定磁场的面内磁场分量的装置和方
法
背景技术：
所期望的是，使用在相同村底上成批制造的设备在不需要锯割和封装的情况下就能够感测平面场的两个分量。当前可用的技术是通过在相邻的隧道结上使正交的铁磁钉扎(pinned)层/參考层(PL/RL)磁化方向退火(annealing-1n)来解决这个问题的。磁性隧道结具有大约百分之百(100’ s of% )的高磁阻率(S卩，(Rfflax-Rfflin)/Rfflin =A R/R)，而且当前被用于测量中到高水平的磁场。磁性隧道结还具有高1/f噪声。低频的高噪声密度阻碍了将磁性隧道结用于測量在低于kHz级别的频率处的低水平磁场。
发明内容
本申请涉及用于测量在平面内的所施加的磁场的方法。本方法包括施加第一交变驱动电流到第一帯。第一带的至少一部分覆盖磁阻传感器。第一带具有在第一方向延伸的尺寸。本方法还包括同时施加第二交变驱动电流到第二帯。第二带的至少一部分覆盖第一带的至少一部分。第二带具有在第二方向延伸的尺寸。第二方向不平行于第一方向，并且第二交变驱动电流相对于第一交变驱动电流异相，这样磁阻传感器经受在磁阻传感器的平面内旋转的周期性地旋转的磁驱动场。当所施加的待测磁场被叠加于在平面内旋转的周期性旋转磁驱动场时，本方法进ー步包括提取从磁阻传感器输出的输出电压的二次谐波分量。待测磁场在平面内的幅度与所提取的输出电压的二次谐波分量的幅值成比例。待测磁场在平面内的方向与所提取的输出电压的二次谐波分量的相位角有关。在下面的附图和描述中阐述了要求保护的发明的各种实施例的细节。根据描述、附图和权利要求，其他特征和优点将显而易见。
图1A是根据本发明的多层磁阻传感器、第一驱动带和第二驱动带的一个实施例的框图；图1B示出在图1A的磁阻传感器的X-Y平面内以一角频率周期性旋转的磁驱动场；图2A是根据本发明的磁性隧道结、电接触(electrical contact)、第一驱动带和第二驱动带的一个实施例的框图；图2B是根据本发明的巨磁阻器、电接触、第一驱动带和第二驱动带的一个实施例的框图；图3A是根据本发明的用于测量图2A的磁性隧道结的输出电压的电路的一个实施例的框图；图3B是根据本发明的用于测量图2B的巨磁阻器的输出电压的电路的ー个实施例的框
图4A和4B是根据本发明的包括图1A的磁阻传感器的磁阻传感器系统的实施例的框图；图5A和5B示出被施加到根据本发明的示例性磁阻传感器的不同的所施加磁场的模拟输出；图6是根据本发明的包括磁阻传感器的磁阻传感器系统的实施例的框图；图7示出具有经调整(tailored)波形的驱动电流的实施例；图8是根据本发明的用于测量在平面内的所施加的磁场的方法的一个实施例的流程图。在各附图中，同样的数字和名称指示同样的部件。
具体实施例方式磁阻(MR)传感器用于磁罗盘、磁异常检测、轮齿感测等，即可用在其中必须感测磁场的微小值、或地磁场的微小变化的任何应用中。磁通门和超导量子干涉设备(SQUID)是能够測量磁场的微小值或磁场中微小变化的大体积(bulk level)磁传感器。芯片级磁阻传感器可以以低成本制造并且因此比大体积磁阻传感器有优势。各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和磁性隧道结(MTJ)传感器在芯片级制造。GMR和MTJ叠层包括其磁化方向可改变的铁磁自由层、具有固定磁化方向的铁磁參考层、以及位于它们之间的阻挡层。各向异性磁阻器(AMR)具有大约为2-3%的磁阻率AR/R。巨磁阻器有利地提供大约百分之十(10’s of%)的更高磁阻率AR/R。磁性隧道结(MTJ)提供甚至大约百分之百(100’ s of% )的更高的磁阻(MR)率。芯片级GMR或MTJ传感器的另ー 个优点是它们的小尺寸。例如，多层磁阻传感器(GMR或MTJ)可具有大约几十至几百纳米的尺寸。因此，覆盖100-150nm宽的MTJ的200nm宽的金属线具有32 u Amp/0e的“场转换因子”，并且微米宽的线具有159 u Amp/0e的场转换因子。因此，可以通过施加适度的电流至这样的传感器来产生用于使被适当构建的多层磁阻传感器的自由层开关、旋转或饱和所需的场，所述传感器使用消耗适度功耗的较简单专用集成电路(ASIC)。然而，多层磁阻(GMR或MTJ)传感器的噪声功率谱密度(包括1/f和巴克豪森噪声分量)高于AMR传感器的噪声功率谱密度。对于发生在低频率处的磁性变化，1/f 噪声起主要作用，因此多层磁阻传感器的较高磁阻率并未转化成相应较高的信噪比。为了使多层磁阻传感器的高磁阻率转化成低的最小可检测场(mdf)或噪声等效场分辨率(noiseequivalent field resolution),提高信噪(SN)比是必要的。在高于1/f噪声与频率关系图的拐点的频率处，信噪(SN)比増加。改进多层磁阻传感器的信噪比并使用单个多层磁阻传感器来測量磁场的面内磁场分量的系统和方法的实施例被描述。如在此被定义的那样，“磁场在平面内的磁场分量”是磁场向在平面内扩展的基向量(平面的坐标轴)上的投影。例如，磁场在X-Y平面内的磁场分量是磁场向X轴和Y轴上的投影。正如在此被定义的那样，“在X-Y平面内所施加的磁场”是被投影到X-Y平面上的所施加的磁场。术语“X-Y平面”、“平面场”和“所选平面”在此被可互換地使用。磁场的面内磁场分量提供磁场在所选平面内的方向和幅度。尤其是，磁场的X-分量和Y-投影提供表示磁场在所选平面内的方向和幅度的信息。此处所述的传感器系统利用磁性隧道结和/或巨磁阻器的独特属性，这些属性以高分辨率实现低成本和低功耗。在此使用的术语多层磁阻(MR)传感器既指磁性隧道结传感器又指巨磁阻器传感器，其具有比AMR传感器更大的磁阻率。此处所述的磁阻传感器系统不同于现有技术之处在于:面内施加的磁场的方向和幅度是使用单个隧道结测量的，其中可以使用对于晶圆上全部隧道结而言的正交PL/RL磁化方向的相同退火来在晶圆上制造该单个隧道结。因此，此处所述的隧道结不需要像现有技术中那样创建钉扎层/參考层磁化的正交方向。正如在这里被定义的那样，“所施加的磁场”是从磁阻传感器系统外部的源入射在(被施加到)磁阻传感器上的磁场。在此处所述的磁阻传感器系统中，周期性旋转的磁驱动场是在磁阻传感器的自由层中被产生的。周期性旋转的磁驱动场大到足以使自由层饱和且小到足以使磁阻传感器的合成反铁磁体大体上不受影响。因此，自由层按照旋转磁驱动场的周期旋转。在存在另外的外部直流(或低频)场的情况下，磁阻传感器的传感器输出形成了使用相敏检测技术检测到的二次谐波分量。二次谐波分量的幅值和相位角分别是外部场的幅度和方向的函数，从而允许确定面内场的两个分量。检测电路可以在传感器芯片外部，或可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)エ艺与MTJ集成在硅上。图1A是根据本发明的多层磁阻(MR)传感器10、第一驱动带71和第二驱动带72的一个实施例的框图。第一驱动带71 (在此也被称作第一带71)的至少一部分65覆盖磁阻传感器(MS)IO以载送第一交变驱动电流。第一驱动带71具有在第一方向延伸的尺寸。如图1A所示，第一方向平行于X轴。第二驱动带72 (在此也被称作第二带72)的至少一部分66覆盖磁阻传感器10和第一驱动带71的部分65，以载送第二交变驱动电流。第二驱动带72具有在第二方向延伸的尺寸,第二方向垂直于第一方向。如图1A所不,第二方向平行于Y轴。因此，第二带72覆盖且垂直于第一帯71。第二交变驱动电流相对于第一交变驱动电流异相九十度，使得磁阻传感器10经受在磁阻传感器10的X-Y平面内旋转的周期性旋转驱动场。在本实施例的一种实施方式中，第一方向和第二方向非正交(非平行)，且在这种情形中，第二交变驱动电流相对于第一交变驱动电流异相达将在所选平面内产生周期性旋转驱动场的量。然而，这种非正交系统需要另外的计算且増加了系统的复杂度。多层MR传感器10包括自下而上堆叠的反铁磁体(AFM)20、合成反铁磁体(SAF) 11、阻挡层55，以及自由层60。合成反铁磁体11包括自下而上堆叠的铁磁钉扎层30、Ru层40、參考层50。“阻挡层55”在此也被称作“阻挡体55”。如果传感器10是磁性隧道结传感器，则阻挡体55就是氧化物绝缘阻挡体。如果传感器10是GMR传感器，则阻挡体55就是导电非磁性金属层。參考层50的參考层磁化400在适当设计的AFM/SAF结构中是“固定”的，即，施加的磁场(达到高水平，典型地为 kOe)不会明显改变參考层磁化400。因此，參考层50被称作硬层。在图1A中示出的示例性磁阻传感器10中，參考层50的參考层磁化400平行于Y轴。参考层50直接位于阻挡体55的下面，阻挡体55将參考层50与自由层60分离。自由层非常软，所以可以通过施加适度的驱动场来将它的磁化驱动至饱和。周期性旋转驱动场Hrotating和所施加的任何磁场Happli6d450很容易改变自由层60的磁化。因此，自由层60被称作软层。自由层60的磁化率是自由层60处的所有磁相互作用的净和的結果。这包括自由层的材料和形状各向异性以及来自包括隧道结的其他层的场。具有圆形轮廓的自由层有利地消除了面内的形状各向异性，不过被包括在本专利中的构思对于其他几何形状(例如，方形或矩形)也将有效。这里，假定使用材料、エ艺和几何选择的组合获得了非常软的自由层。这样的材料、エ艺和几何选择一般为本领域技术人员所熟悉。如图1A所示，第一交变驱动电流Itwvel (f)产生第一磁驱动场Htwvel (f)，而第二交变驱动电流idrive2(f+A ￠)产生第二磁驱动场HdHve2(f+A ￠),其中Acj5是JI/2弧度。第一交变驱动电流可以被写成Ix(f) = I1Sin(Ot),而第二交变驱动电流idrive；2(f+A ￠)被写作Iy(f) = I2cosOt)。第一磁驱动场Hdrivejl (f)和第二磁驱动场Hdrive2(f+A ￠)以及在自由层磁化上的外部施加的磁场Happlied450的影响，将參照图4和5在下面描述。在外部施加的磁场Happlied450是将由磁传感器10测量的场。术语“所施加的磁场”和“待测磁场”在此被可互換地使用。所施加的磁场Happlied450可以是弱直流磁场或者是在比驱动频率f小得多的低频处改变的弱磁场。AFM 20通常是由合金制成的(诸如NiMn、PtMn, IrMn或者FeMn)。通过在大约2000C _350°C范围内的温度在kOe级的场中对SAF/AFM11/20退火达几小时来在钉扎层30上创建交換偏置。这设置了在AFM20和钉扎层30之间的界面处的AFM20中的未补偿自旋的方向，因此提供了对于钉扎层30的偏置场。钉扎层30和參考层50之间的强反铁磁耦合把參考层磁化400的方向设置成与钉扎层磁化405的方向相反。SAFll的净磁化被调整为接近于零。因此，需要大约几kOe的高施加场来改变钉扎层/參考层对30/50的磁化。根据公式R(0) = R0+A Rd-cos 0 )/2, 0是參考层磁化400和自由层磁化之间的夹角，磁阻传感器10的阻抗R是參考层磁化400和自由层磁化之间的夹角的函数。Rtl是当两个层的磁化平行时磁阻传感器10的阻杭。因此，仅当大到足以使自由层饱和的旋转磁驱动场HMtating440 (在此也被称作磁驱动场Hd440)被施加到传感器10时，在这种所施加的旋转驱动场HMtating440的影响下，自由层磁化的旋转产生了周期性的磁阻。图1B示出在图1A的磁阻传感器10的X-Y平面内以角频率co周期性旋转的磁驱动场Hd440。正如在这里所定义的那样，“周期性旋转驱动场”是以一角频率《周期性地旋转的磁驱动场，记作Hratating = Hd = HQeiut，其中H。是磁驱动场Hd440的幅度。向量H。的尖端在X-Y平面内以每次旋转描绘ー个圆。所有的角度都是相对于平面的X-Y坐标系的X轴被测量的。參考层磁化400相对于X轴位于角度K。如图1B所不,夕卜部施加的待测磁场Happlied在X-Y平面内相对于X轴位于角度小。图2A是根据本发明的磁性隧道结14、电接触27和28、第一驱动带71，以及第ニ驱动带72的一个实施例的框图。磁性隧道结(MTJ) 14是如图1A中所示的磁阻传感器10。图1A中所示的阻挡层55是磁性隧道结14中的氧化物阻挡层56。非磁性帽层(cap laye`r) 61覆盖磁性隧道结14的自由层(FL) 60。电接触(底部引线(lead)) 27覆盖硅(Si)衬底25上的绝缘体26。覆盖电接触27的非磁性种子层22被用于促进AFM层20的生长。电接触(顶部引线)28覆盖帽层61。绝缘体层73将电接触28和第一驱动带71隔离，第一驱动带71被绝缘体层70覆盖。第二驱动带72的至少一部分覆盖绝缘体层70和第一驱动带71的至少一部分。电接触27和28被配置成把磁性隧道结14连接到用于测量磁性隧道结14的磁阻R(e)的电路。如图2A所示，电流被从底部引线(电接触27)引导到顶部引线(电接触28)。图3A是根据本发明的用于测量图2A的磁性隧道结14的输出电压Vwt的电路90的一个实施例的框图。图2B是根据本发明的巨磁阻器13、电接触128和129、第一驱动带71，以及第ニ驱动带72的一个实施例的框图。GMR 13是图1A中所示的多层磁阻传感器10。图1A中所示的阻挡层55是巨磁阻器13中的非磁性导电层57(诸如，铜(Cu)层57)。巨磁阻器13能够在电流在平面内(CIP)模式下工作。覆盖绝缘体26的种子层22被用于促进AFM层20的生长。非磁性帽层61覆盖巨磁阻器13的自由层60。两个电接触(引线I和2) 128和129覆盖帽层60的相対的边缘部分。电接触128和129通过绝缘体层73被彼此分离。绝缘体层73还将电接触128和129与第一驱动带71隔离开，第一驱动带71被绝缘体层70覆盖。第二驱动带72覆盖绝缘体层70。电接触128和129被配置成把磁阻传感器10连接到用于测量巨磁阻器13的磁阻的电路。如图2B所示，电流从引线I (电接触128)被引导到引线2 (电接触129)。图3B是根据本发明的用于测量图2B的巨磁阻器13的输出电压Vwt的电路91的一个实施例的框图。在本实施例的一种实施方式中，正如本领域技术人员已知的那样，巨磁阻器13被配置成在电流垂直于平面(CPP)模式中工作。图4A和4B是根据本发明的包括图1A的磁阻传感器的磁阻传感器系统的实施例的框图。图4A中所示的磁阻传感器系统4包括磁阻传感器10、放大器221、第一驱动带71、第二驱动带72、检测电路150、频率发生器200、分频器210，以及用于产生彼此异相/2弧度的两个正弦驱动电流的发生器213。磁阻传感器10被示为位于第一驱动带71和第二驱动带72之下的虚线框。磁阻传感器10是磁性隧道结或者巨磁阻器。检测电路150包括带通滤波器220、相敏检测器230、第一低通滤波器(LPF) 222，以及第二低通滤波器(LPF) 223。周期性输出电压Vwt被从磁阻传感器10经由放大器221输出到检测电路150。带通滤波器220输出感测电压到相敏检测器230。相敏检测器230输出表示二次谐波分量的幅值和相位，或等价地，二次谐波的X和Y-分量的信息。因此，相敏检测器230具有两个输出:与二次谐波的X-分量成比例的X-输出(Vx);与二次谐波的Y-分量成比例的Y-输出(Vy)。使X-输出通过低通滤波器(LPF) 222，以产生与所施加的场Happlied的X-分量成比例的直流信号。使Y-输出通过低通滤波器(LPF) 223，以产生与所施加的场Happlied的Y-分量成比例的直流信号。如图1A所示，磁阻传感器10包括具有可旋转磁化方向的铁磁自由层60、具有钉扎的磁化方向(參考层磁化400)的铁磁參考层50，以及其间的阻挡层55。覆盖磁阻传感器10的第一驱动带71被可操作地配置成载送交变驱动电流idHvel (f)，其随着频率f交变。覆盖磁阻传感器10且正交地覆盖第一驱动带71的第二驱动带72被可操作地配置成载送交变驱动电流Itwve2 (f+A ￠),其随着频率f交变。如图4A所示，频率发生器200产生以频率2f交变的參考信号并将该信号输出到分频器210。频率发生器200还把以频率2f交变的信号输出到相敏检测器230。分频器210把以频率2f交变的信号分成两半。在分频器210的输出处的发生器213把两个驱动电流分别提供到相对于彼此异相^ /2弧度的驱动带71和72。特别地，发生器213把频率为f的第一交变驱动电流idHv6l (f)输出到第一驱动带71，并 把相对于idHTCl(f)异相^1/2弧度的第ニ驱动电流‘_(わ输出到第二驱动带72。存在可以被用以把频率为f的彼此正交的交变驱动电流施加到第一驱动带71和第二驱动带72的其他技术，这是本领域技术人员能够理解的。在本实施例的ー种实施方式中，非正交的且非平行的第一和第二带覆盖磁阻传感器。在这种情况中，正如本领域技术人员在阅读并理解了本文档时可以理解的那样，被分别施加到第一和第二带的第一交变驱动电流和第二交变驱动电流是以被适当地相位分离的周期性的驱动信号所驱动的。在本实施例的一种实施方式中，发生器213同时地把信号ix(f) = I1Sin(Cot)作为第一交变驱动电流提供给第一驱动带71，且把信号iy(f) = i2cos(cot)作为第二交变驱动电流提供给第二驱动带72。在一些实施例中，I1 = i2。为了便于观察磁阻传感器10中的场，将磁阻传感器10连接到电路(诸如分别在图3A和3B中所示的电路90和91)的引线没有在图4A中示出。第一驱动电流iWvel(f)(其在图1A中被示为第一驱动带71中标有431的双箭头)产生第一磁驱动场Hwvel (f)(其在图1A中被示为标有433的圆形双箭头)。第二驱动电流idrive2 (f+A ￠)(其在图1A中被示为第二驱动带72中标有432的双箭头)产生第二磁驱动场Htwve2 (f+ A小)(其在图1A中被示为标有434的圆形双箭头)。第一磁驱动场Htwvel (f) 433和第二磁驱动场Hwve2 (f+A ￠)434两者都延伸到自由层60中并彼此叠加，以形成周期性旋转驱动场Hrotating，其在X-Y平面内旋转，如图1A和4A中标有440的圆形箭头所示。“周期性旋转驱动场440”还被在此称作“周期性旋转磁驱动场440”。如图1A、4A和4B所示，如在反Z方向观看，周期性旋转驱动场HMtating440逆时针(CCW)旋转，自由层磁化被周期性地旋转以与在自由层60中的旋转的磁场平行。在本实施例的一种实施方式中，相位延迟△小被加到被施加于第一驱动带71而不是第二驱动带72的电流。在这种情况中，如在反Z方向观看，周期性旋转驱动场Hrotating440顺时针(CW)旋转。周期性旋转驱动场HMtating440将磁阻传感器10的工作点移动超过1/f噪声功率谱密度曲线的拐点以利用MTJ或者GMR的高A R/R。因此，周期性旋转驱动场Hrotating440有利地允许磁阻传感器系统4达到高信噪比，或者相反地，达到更低的最小可检测场(mdf)。正如在这里所定义的那样，磁阻传感器的工作点是磁阻传感器10的噪声对频率函数上的点，在此处，磁阻传感器10被周期性旋转驱动场HMtating440驱动而工作。磁阻传感器10 (磁性隧道结14或者巨磁阻器13)提供了自由层的磁感应和阻抗之间的传递函数，以使得在检测电路150中可以进行电压测量。特别地，在第一驱动电流idHvel (f) 431和第二驱动电流idHve2 (f+ A小)432的范围内(具有高到足以使自由层60饱和，但低到足以使參考层50基本上不受影响的幅值)，自由层磁化421周期性地旋转过360度(2 弧度)，以产生磁阻传感器10内周期性的阻抗变化。如图4A中的磁传感器10的俯视图所示，自由层磁化421’在第一时间h位于与參考层磁化400成角度0 i处，而在t2时间，自由层磁化421”位干与參考层磁化400成角度0 2处。当仅有周期性驱动电流被施加到磁阻传感器10，并且没有直流(或者低频)磁场Happlied450存在时，磁阻传感器10的理想输出仅包括频率f的奇次谐波倍数。—般地，自由层60的磁化(自由层磁化421)的动态取决于自由层60和磁阻传感器10的尺寸、高宽比、和其它材料属性(晶粒尺寸、缺陷密度、4 JiMs)。对更大的磁阻传感器10 (尺寸> I U m)，在从ー个饱和状态到相反饱和状态的转换期间磁化的动态包括畴壁动态(domain wall dy namics)。畴壁介导(mediated)转换通常包括巴克豪斯跳跃,其为巴克豪森噪声的源。对于尺寸小于 I μ m的尺寸的磁阻传感器10，自由层60通过成核作用和磁通润旋(magnetic vortice)的传播从一个饱和状态转换到相反的饱和状态。上述尺寸依赖性并不精确，且从畴壁介导动态到涡旋介导动态的过渡也是构成传感器的铁磁材料的其他材料参数的函数。这些动态也适用于磁化状态的任何大的改变，而不限于从一个饱和状态另一饱和状态的转换。当自由层60的磁化被周 期性旋转磁驱动场HMtating440连贯地旋转时，巴克豪森噪声被减小。因此，自由层磁化421的连贯旋转通过保持周期性旋转磁驱动场HMtating440来确保。周期性旋转磁驱动场HMtating440的幅度通过检查磁阻传感器10的输出波形的质量而根据经验确定。因为磁阻传感器10具有小的尺寸，因此第一驱动带71和第二驱动带72工作时以电流和功率的适度值产生周期性旋转磁驱动场Hrotating440。当待测外部磁场Happlied450被施加到磁阻传感器10时，待测磁场Happlied450被叠加于磁阻传感器10的X-Y平面内的周期性旋转磁驱动场HMtating440上。在这种情况中，自由层60中的磁场等于周期性旋转驱动场HMtating440和在外部施加的磁场450的叠加。由这种叠加造成的磁阻传感器10的输出包括偶次谐波分量。最低阶偶次谐波是频率为2f的二次谐波分量。检测电路150提取磁阻传感器10的输出电压Vrat的二次谐波分量。待测磁场Happliral450在X-Y平面内的幅度(在图1B中所示的示范性情况中的|Happlied|)与所提取的输出电压Vwt的二次谐波分量的幅值成比例。待测磁场Happlied450在X-Y平面内的方向(在图1B中所示的示例性情况中的角度Φ)仅仅与所提取的输出电压Vtjut的二次谐波分量的相位角有关。现在推导所施加的场Happlied450与二次谐波的幅值和相位角之间的数学关系。首先假设，外部场h为零(例如，h = Happlied = O)。旋转驱动场Hd (例如，Hd = Hrotating)被以频率f施加在传感器的平面内。驱动场的幅值使得它不会影响参考层。还假设，自由层60的各向异性足够小且驱动场Hd足够大，驱动场Hd使自由层磁化(在图4A和图4B中所示的421’和421”)饱和，即，自由层磁化总是指向旋转驱动场Hd的瞬时方向。驱动场由Hd = H0exp (i ω t)给出，其中ω = 2 Ji f。用上述饱和的假设,磁阻(MR)也是频率为f的正弦曲线。接下来，在正弦驱动场和外部场h存在的情况下，自由层磁化现在指向总的场向量Hd ( ω) +h的方向。使用复数符号，在自由层磁化的方向中的单位向量由下式给出:
权利要求
1.种用于測量平面(X-Y)内的所施加的磁场(450)的方法，该方法包括: 施加第一交变驱动电流(431)到第一带(71)，其中第一带的至少一部分￠5)覆盖磁阻传感器(10),第一带具有在第一方向(X)延伸的尺寸； 同时施加第二交变驱动电流(432)到第二带(72)，其中第二带的至少一部分￠6)覆盖第一带的至少一部分，第二带具有在第二方向(Y)延伸的尺寸，第二方向不平行于第一方向，且第二交变驱动电流相对于第一交变驱动电流是异相的，其中磁阻传感器经受在磁阻传感器中的平面内旋转的周期性旋转磁驱动场(440);以及 当所施加的待测磁场被叠加于在平面内旋转的周期性旋转磁驱动场吋，提取从磁阻传感器输出的输出电压(Vtjut)的二次谐波分量，其中所施加的待测磁场在平面内的幅度与所提取的输出电压的二次谐波分量的幅值(IHappliedI)成比例，且其中所施加的待测磁场在平面内的方向(￠)与所提取的输出电压的二次谐波分量的相位角有夫。
2.权利要求1的方法,进ー步包括: 输出表示所提取的输出电压(Vwt)的二次谐波分量的X-投影的信号(330);以及 输出表示所提取的输出电压的二次谐波分量的Y-投影的信号(331)。
3.种用于測量磁场(450)在平面(X-Y)内的方向(￠)和幅度(IHappliedI)的磁阻传感器系统(4)，该磁阻传感器系统包括: 磁阻传感器(10)，其包括具有可旋转磁化方向的铁磁自由层(60)、具有钉扎的磁化方向的铁磁參考层(50)，以及 其间的阻挡层(40)； 第一带(71)，其覆盖磁阻传感器以载送第一交变驱动电流(431)； 第二带(72)，其覆盖磁阻传感器以载送第二交变驱动电流(432)，第二交变驱动电流相对于第一交变驱动电流是异相的，其中第二带覆盖第一带的一部分(66)，且其中磁阻传感器经受在平面内旋转的周期性旋转驱动场(440);以及 检测电路(150)，用于接收从磁阻传感器(10)输出的输出电压(Vwt)并提取输出电压的二次谐波分量，其中待测磁场(450)的幅度(|Happliral|)与所提取的输出电压的二次谐波分量的幅值成比例，且其中待测磁场的方向仅与所提取的输出电压的二次谐波分量的相位角有夫。
全文摘要
本发明涉及使用单个磁阻传感器确定磁场的面内磁场分量的装置和方法。提供了一种用于测量在平面内的所施加的磁场的方法。该方法包括同时分别施加第一和第二交变驱动电流到覆盖磁阻传感器的第一和第二带，以使磁阻传感器经受在磁阻传感器的平面内旋转的周期性旋转磁驱动场。当所施加的待测磁场被叠加于在平面内旋转的周期性旋转磁驱动场上时，该方法包括提取从磁阻传感器输出的输出电压的二次谐波分量。待测磁场在平面内的幅度与所提取的输出电压的二次谐波分量的幅值成比例。待测磁场在平面内的方向与所提取的输出电压的二次谐波分量的相位角有关。
文档编号G01R33/09GK103091650SQ20121055866
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月2日 优先权日2011年11月4日
发明者B·B·潘特, L·维塔纳瓦萨姆 申请人:霍尼韦尔国际公司