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    重庆时时彩平台漏斗: 磁场感测装置.pdf

    关 键 词:
    磁场 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410620923.7

    申请日:

    2014.11.06

    公开号:

    CN104678331A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 33/09申请日:20141106|||公开
    IPC分类号: G01R33/09 主分类号: G01R33/09
    申请人: 张庆瑞
    发明人: 张庆瑞; 郑振宗; 吕志诚; 许仁华; 吴仲卿; 廖洺汉; 赖孟煌; 袁辅徳
    地址: 中国台湾台北市
    优先权: 102143500 2013.11.28 TW
    专利代理机构: 北京泰吉知识产权代理有限公司11355 代理人: 张雅军
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410620923.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.03.06|||2015.07.01|||2015.06.03

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种磁场感测装置,包含一磁通导引器、一第一方向感测单元、一第二方向感测单元,及一第三方向感测单元,第一方向感测单元、第二方向感测单元、第三方向感测单元分别包括四磁阻???,每一磁阻??榫哂幸煌欢ぴ》较虻亩ぴ?,第一方向感测单元的四磁阻??樾纬梢换菟雇ǖ缜庞糜诟胁獾谝环较虻拇懦》至?,第二方向感测单元的四磁阻??樾纬梢换菟雇ǖ缜庞糜诟胁獾诙较虻拇懦》至?,第三方向感测单元的四磁阻??樾纬梢换菟雇ǖ缜庞糜诟胁獾谌较虻拇懦》至?,磁场感测装置感测三维空间的磁感应强度且彼此有良好的正交性。所有磁阻??榈亩ぴ》较蚪晕环较?,制造流程简单,感测效果良好,大大降低制作成本,提升感测性能。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种磁场感测装置,其特征在于:该磁场感测装置包含:
    一个磁通导引器,导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分 量;及
    一个第一方向感测单元,包括
    串接于一个驱动电源与一个地电源间的一块第一磁阻??榧?一块第二磁阻???,且该第一磁阻??榧案玫诙抛枘?榫哂胁?一个第一输出电压的一个第一共同节点,
    串接于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻??榧耙豢?第四磁阻???,且该第三磁阻??榧案玫谒拇抛枘?榫哂胁桓?第二输出电压的一个第二共同节点,
    该四磁阻??榉直鹁哂幸徊阈纬梢欢ぴ》较虻亩ぴ?,及一 个随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,该四磁阻 ??榈亩ぴ》较蚪猿蛲环较蚯壹涓羯柚糜诟么磐ǖ家髦?围,当该四磁阻??榈牡缱杷孀磐ü拇懦》至慷谋?,来据以产 生该第一输出电压及该第二输出电压间的一差值,并该差值的正负 相关于平行该钉札场方向的磁场方向,且该差值的大小正比于平行 该钉札场方向的磁感应强度。

    2.  根据权利要求1所述的磁场感测装置,其特征在于:该钉札 场方向平行一第二方向且垂直一第一方向,一第三方向垂直该第一 方向与该第二方向,该第一方向感测单元的四磁阻??樯柚闷叫杏?该第一方向与该第二方向形成的平面,且所述磁阻??榉直鹆诮?第一方向与该第三方向形成的平面及该第二方向与该第三方向形成 的平面,分别相切该磁通导引器并成角度形成的矩形的四个边角。

    3.  根据权利要求2所述的磁场感测装置,其特征在于:该第一 磁阻??榈缌佑诟们缭从敫玫谝还餐诘慵?,该第二磁阻模 块电连接于该第一共同节点与该地电源间,该第三磁阻??榈缌?于该驱动电源与该第二共同节点间,该第四磁阻??榈缌佑诟玫?二共同节点与该地电源间。

    4.  根据权利要求2所述的磁场感测装置,其特征在于:该第一 磁阻??榈缌佑诟玫氐缭从敫玫谝还餐诘慵?,该第二磁阻???电连接于该第一共同节点与该驱动电源间,该第三磁阻??榈缌?于该驱动电源与该第二共同节点间,该第四磁阻??榈缌佑诟玫?二共同节点与该地电源间。

    5.  根据权利要求4所述的磁场感测装置,其特征在于:该第一 方向感测单元的所述磁阻??樯柚糜诟么磐ǖ家鞯纳戏?。

    6.  根据权利要求4所述的磁场感测装置,其特征在于:该第一 方向感测单元的所述磁阻??樯柚糜诟么磐ǖ家鞯南路?。

    7.  根据权利要求1所述的磁场感测装置,其特征在于:还包含 一个第二方向感测单元,该第二方向感测单元包括一块串接于该驱 动电源的第一磁阻???、一块串接该第一磁阻??橛敫玫氐缭醇涞?第二磁阻???、一块串接于该驱动电源的第三磁阻???,及一块串 接于该第三磁阻??橛氲氐缭醇涞牡谒拇抛枘??,该第二方向感测 单元的第一磁阻??榧暗诙抛枘?榫哂胁桓龅谌涑龅缪沟?一第三共同节点,该第二方向感测单元的第三磁阻??榧案玫谒拇?阻??榫哂胁桓龅谒氖涑龅缪沟囊坏谒墓餐诘?,该第二方向 感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸徊阈纬梢欢ぴ》较虻亩ぴ?, 及一个随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,该第 二方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴敫玫谝环较蚋?测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,该第二方向感测单元的 第一磁阻??楹透玫谒拇抛枘?榉直鹧刈鸥枚ぴ》较蛭挥诟么磐?导引器的相反两侧,该第二方向感测单元的第二磁阻??楹透玫谌?磁阻??榉直鹞挥诟么磐ǖ家飨路角姨么磐ǖ家?,当该第 二方向感测单元中四磁阻??榈牡缱杷孀磐ü拇懦》至慷谋?, 来据以产生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值,并该差值 的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向,且该差值的大小正比 于平行该钉札场方向的磁感应强度。

    8.  根据权利要求1所述的磁场感测装置,其特征在于:还包含 一层磁性薄膜及一个第二方向感测单元,该第二方向感测单元包括 一块串接于该驱动电源的第一磁阻???、一块串接该第一磁阻???与该地电源间的第二磁阻???、一块串接于该驱动电源的第三磁阻 ???,及一块串接于该第三磁阻??橛敫玫氐缭醇涞牡谒拇抛枘??, 该第二方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙抛枘?榫哂胁桓?第三输出电压的一个第三共同节点,该第二方向感测单元的第三磁 阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁桓龅谒氖涑龅缪沟囊桓龅谒墓餐?节点,该第二方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬梢徊愣ぴ?场方向的钉札层,及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变 的电阻,该第二方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴?该第一方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,该磁性薄 膜覆盖在该第二磁阻??榧案玫谌抛枘?樯?,当该第二方向感测 单元中四磁阻??榈牡缱杷孀磐ü拇懦》至慷谋?,来据以产生 该第三输出电压及该第四输出电压间的差值,并该差值的正负相关 于平行该钉札场方向的磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉 札场方向的磁感应强度。

    9.  根据权利要求7所述的磁场感测装置,其特征在于:还包含 一个第三方向感测单元,该第三方向感测单元包括串接于该驱动电 源与该地电源间的一块第一磁阻??榧耙豢榈诙抛枘??,及串接 于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻??榧耙豢榈谒拇抛枘?块,该第三方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙抛枘?榫哂胁?一个第五输出电压的一个第五共同节点,该第三方向感测单元的第 三磁阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁桓龅诹涑龅缪沟囊桓龅诹?共同节点,该第三方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬梢徊?钉札场方向的钉札层,及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而 改变的电阻,该第三方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿?向与该第一方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,并分 别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧,且位于该 磁通导引器上方或下方,当该第三方向感测单元中四磁阻??榈牡?阻,随着通过的磁场分量而改变,来据以产生该第五输出电压及该 第六输出电压间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场方向 的磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强 度。

    10.  根据权利要求8所述的磁场感测装置,其特征在于:还包含 一个第三方向感测单元,该第三方向感测单元包括串接于该驱动电 源与该地电源间的一块第一磁阻??榧耙豢榈诙抛枘??,及串接 于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻??榧耙豢榈谒拇抛枘?块,该第三方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙抛枘?榫哂胁?一个第五输出电压的一个第五共同节点,该第三方向感测单元的第 三磁阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁桓龅诹涑龅缪沟囊桓龅诹?共同节点,该第三方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸徊阈纬梢?钉札场方向的钉札层,及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而 改变的电阻,该第三方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿?向与该第一方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,并分 别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧,且位于该 磁通导引器上方或下方,当该第三方向感测单元中四磁阻??榈牡?阻,随着通过的磁场分量而改变,来据以产生该第五输出电压及该 第六输出电压间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场方向 的磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强 度。

    说明书

    说明书磁场感测装置
    技术领域
    本发明涉及一种感测装置,特别是涉及一种磁场感测装置。
    背景技术
    一般日常生活中,需得知方位或磁场方向时,可使用指南针来显 示,但此种方法无法得知磁感应强度,也无法将磁场方向的讯息传递 给电子装置加以运用。目前的一种解决方法是使用电子式的微型三轴 磁阻传感器,分别感测磁场在空间中的三个正交分量,将磁场在三维 空间中的强度与方向的讯息传递给其它电子装置加以运用,定义所述 正交分量的方向分别为一第一方向、一第二方向,及一第三方向。
    该三轴磁阻传感器是利用一磁通导引器将平行该第三方向的磁 场偏折至平行由该第一方向及该第二方向所形成的一平面的方向,再 运用多个磁阻分别感测空间中的三个正交分量,然而,该三轴磁阻传 感器需要至少两种不同方向的钉札场(pinning field)所形成的磁阻, 而在同一芯片上很小的范围内要产生两种不同方向的钉札场的磁阻 需要复杂的制造流程,且感测的效果也不佳,因此,不利于感测性能 的提升与制作成本的降低。
    发明内容
    本发明的目的在于提供一种制程容易且具有良好感测效果的磁 场感测装置。
    本发明的磁场感测装置包含:
    一磁通导引器,导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分量;及
    一第一方向感测单元,包括:
    串接于一驱动电源与一地电源间的一第一磁阻??榧耙坏诙?阻???,且该第一磁阻??榧案玫诙抛枘?榫哂胁坏谝皇涑龅?压的一第一共同节点;
    串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻??榧耙坏谒拇?阻???,且该第三磁阻??榧案玫谒拇抛枘?榫哂胁坏诙涑龅?压的一第二共同节点;
    该四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬梢欢ぴ》较虻亩ぴ?,及一随着 通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,该四磁阻??榻猿?向同一钉札场方向且间隔设置于该磁通导引器周围,当该四磁阻???的电阻随着通过的磁场分量而改变,来据以产生该第一输出电压及该 第二输出电压间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的 磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
    本发明的磁场感测装置,该钉札场方向平行一第二方向且垂直一 第一方向,一第三方向垂直该第一方向与该第二方向,该第一方向感 测单元的四磁阻??樯柚闷叫杏诟玫谝环较蛴敫玫诙较蛐纬傻钠?面,且所述磁阻??榉直鹆诮玫谝环较蛴敫玫谌较蛐纬傻钠矫婕?该第二方向与该第三方向形成的平面,分别相切该磁通导引器并成角 度形成的矩形的四个边角。
    本发明的磁场感测装置,该第一磁阻??榈缌佑诟们缭从?该第一共同节点间,该第二磁阻??榈缌佑诟玫谝还餐诘阌敫玫?电源间,该第三磁阻??榈缌佑诟们缭从敫玫诙餐诘慵?, 该第四磁阻??榈缌佑诟玫诙餐诘阌敫玫氐缭醇?。
    本发明的磁场感测装置,该第一磁阻??榈缌佑诟玫氐缭从敫?第一共同节点间,该第二磁阻??榈缌佑诟玫谝还餐诘阌敫们?电源间,该第三磁阻??榈缌佑诟们缭从敫玫诙餐诘慵?, 该第四磁阻??榈缌佑诟玫诙餐诘阌敫玫氐缭醇?。
    本发明的磁场感测装置,该第一方向感测单元的所述磁阻??樯?置于该磁通导引器的上方。
    本发明的磁场感测装置,该第一方向感测单元的所述磁阻??樯?置于该磁通导引器的下方。
    本发明的磁场感测装置,还包含一第二方向感测单元,该第二方 向感测单元包括一串接于该驱动电源的第一磁阻???、一串接该第一 磁阻??橛敫玫氐缭醇涞牡诙抛枘??、一串接于该驱动电源的第三 磁阻???,及一串接于该第三磁阻??橛氲氐缭醇涞牡谒拇抛枘??, 该第二方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙抛枘?榫哂胁坏?三输出电压的一第三共同节点,该第二方向感测单元的第三磁阻???及该第四磁阻??榫哂胁坏谒氖涑龅缪沟囊坏谒墓餐诘?,该第 二方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬梢欢ぴ》较虻亩ぴ?层,及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,该第 二方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴敫玫谝环较蚋?测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,该第二方向感测单元的第 一磁阻??楹透玫谒拇抛枘?榉直鹧刈鸥枚ぴ》较蛭挥诟么磐ǖ?引器的相反两侧,该第二方向感测单元的第二磁阻??楹透玫谌抛???榉直鹞挥诟么磐ǖ家飨路角姨么磐ǖ家?,当该第二方向 感测单元中四磁阻??榈牡缱杷孀磐ü拇懦》至慷谋?,来据以产 生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值,并该差值的正负相关 于平行该钉札场方向的磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉札 场方向的磁感应强度。
    本发明的磁场感测装置,还包含一磁性薄膜及一第二方向感测单 元,该第二方向感测单元包括一串接于该驱动电源的第一磁阻???、 一串接该第一磁阻??橛敫玫氐缭醇涞牡诙抛枘??、一串接于该驱 动电源的第三磁阻???,及一串接于该第三磁阻??橛敫玫氐缭醇涞?第四磁阻???,该第二方向感测单元的第一磁阻??榧案玫诙抛枘?块具有产生一第三输出电压的一第三共同节点,该第二方向感测单元 的第三磁阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁坏谒氖涑龅缪沟囊坏谒?共同节点,该第二方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬梢欢ぴ?场方向的钉札层,及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电 阻,该第二方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴敫玫谝?方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,该磁性薄膜覆盖在 该第二磁阻??榧案玫谌抛枘?樯?,当该第二方向感测单元中四磁 阻??榈牡缱杷孀磐ü拇懦》至慷谋?,来据以产生该第三输出电 压及该第四输出电压间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场 方向的磁场方向,且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应 强度。
    本发明的磁场感测装置,还包含一第三方向感测单元,该第三方 向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一第一磁阻???及一第二磁阻???,及串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻 ??榧耙坏谒拇抛枘??,该第三方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙?磁阻??榫哂胁坏谖迨涑龅缪沟囊坏谖骞餐诘?,该第三方向感 测单元的第三磁阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁坏诹涑龅缪沟?一第六共同节点,该第三方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬?一钉札场方向的钉札层,及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改 变的电阻,该第三方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴?该第一方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,并分别两两 沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧,且位于该磁通导引 器上方或下方,当该第三方向感测单元中四磁阻??榈牡缱?,随着通 过的磁场分量而改变,来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压 间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向,且 该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
    本发明的磁场感测装置,还包含一第三方向感测单元,该第三方 向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一第一磁阻???及一第二磁阻???,及串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻 ??榧耙坏谒拇抛枘??,该第三方向感测单元的第一磁阻??榧暗诙?磁阻??榫哂胁坏谖迨涑龅缪沟囊坏谖骞餐诘?,该第三方向感 测单元的第三磁阻??榧暗谒拇抛枘?榫哂胁坏诹涑龅缪沟?一第六共同节点,该第三方向感测单元的四磁阻??榉直鹁哂幸恍纬?一钉札场方向的钉札层,及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改 变的电阻,该第三方向感测单元的四磁阻??榈亩ぴ》较蚪猿蛴?该第一方向感测单元的所述磁阻??榈亩ぴ》较蛲?,并分别两两 沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧,且位于该磁通导引 器上方或下方,当该第三方向感测单元中四磁阻??榈牡缱?,随着通 过的磁场分量而改变,来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压 间的差值,并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向,且 该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
    本发明的有益效果在于:通过该磁通导引器导引三维空间的磁力 线,使磁场经过该第一方向感测单元、该第二方向感测单元,及该第 三方向感测单元产生电压差值,以感测三维空间的磁感应强度及方 向,且彼此有良好的正交性,不会互相干扰,又所述感测单元的所述 磁阻??榈亩ぴ》较蚪晕环较?,故本发明确实具有降低制作成 本的功效,所以确实能达成本发明的目的。
    附图说明
    本发明的其他的特征及功效,将于参照图式的实施方式中清楚地 呈现,其中:
    图1是一立体图,说明本发明磁场感测装置的一第一较佳实施 例;
    图2是一电路图,说明该第一较佳实施例感测平行一第一方向 的磁??;
    图3是一电路图,说明该第一较佳实施例感测平行一第三方向 的磁??;
    图4是一立体图,说明本发明磁场感测装置的一第二较佳实施 例;
    图5是一电路图,说明该第二较佳实施例感测平行一第二方向 的磁??;
    图6是一立体图,说明本发明磁场感测装置的一第三较佳实施 例;
    图7是一立体图,说明本发明磁场感测装置的一第四较佳实施 例;及
    图8是一电路图,说明该第四较佳实施例感测平行一第三方向 的磁场。
    具体实施方式
    在本发明被详细描述之前,应当注意在以下的说明内容中,类似 的组件是以相同的编号来表示的。
    参阅图1,本发明磁场感测装置的一第一较佳实施例包含一磁通 导引器1,及一第一方向感测单元2。
    在三维空间中,定义一第一方向、一垂直该第一方向的第二方向, 及一垂直该第一方向与该第二方向的第三方向,为方便说明,以X方 向、Y方向,及Z方向分别表示该第一方向、该第二方向,及该第三 方向。
    该磁通导引器1导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分量,因 而改变磁力线方向形成例如集中或偏折,将在下文中进一步说明。在 本例中,该磁通导引器1呈长方体,且该长方体的长边平行X方向, 宽边平行Y方向,高度边长平行Z方向。
    该第一方向感测单元2包括一第一磁阻??閄1、一第二磁阻???X2、一第三磁阻??閄3,及一第四磁阻??閄4,所述磁阻??閄分 别具有一形成一钉札场方向(如图1的箭头所指方向)的钉札层21, 及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,即当通过 所述磁阻??閄的磁场分量与该钉札场同向时,电阻变??;当通过所 述磁阻??閄的磁场分量与该钉札场反向时,电阻变大,所述磁阻模 块X的钉札场皆朝向同一方向,在此为朝向Y方向,所述磁阻??閄 分别平行于X方向与Y方向形成的平面并位于该磁通导引器1的下方, 且设置在邻近于X方向与Z方向形成的平面,及Y方向与Z方向形成 的平面分别相切该磁通导引器1并成角度形成的矩形的四个边角,即 邻近二长边与二宽边成角度的四个边角位置处,在此,该四磁阻???X以俯视顺时针方向分别为X1、X2、X4、X3,且其所对应的电阻分别 以符号Rx1、Rx2、Rx4、Rx3作说明。另要补充说明的是,所述磁组 ??閄可以是巨磁阻,或穿隧磁阻其中任一,或是,每一磁阻??閄 也可由多数巨磁阻或穿隧磁阻串联或并联形成,以增加每一磁阻???X的电阻值Rx对磁场响应的强健性及良率。
    配合参阅图2,当该第一方向感测单元2接收一驱动电源Vcc时, 用于感测X方向及/或Z方向的磁感应强度。当该第一磁阻??閄1电 连接于该驱动电源Vcc、该第二磁阻??閄2串接该第一磁阻??閄1 与一地电源、该第三磁阻??閄3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁 阻??閄4串接该第三磁阻??閄3与该地电源,该第一磁阻??閄1 及该第二磁阻??閄2具有产生一第一输出电压Vxa的一第一共同节 点,该第三磁阻??閄3及该第四磁阻??閄4具有产生一第二输出电 压Vxb的一第二共同节点,而成如图2所示的惠斯通电桥时,可用于 感测平行X方向的磁感应强度。此时,朝向X方向的磁场Bx其磁力 线通过该磁通导引器1时,在该第一磁阻??閄1、该第四磁阻???X4分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx1和Rx4下降,在该第 二磁阻??閄2、该第三磁阻??閄3分别产生-Y方向的垂直分量而使 其电阻值Rx2和Rx3上升,因此,在该第一输出电压Vxa的电压会大 于该第二输出电压Vxb的电压,该第一输出电压Vxa减该第二输出电 压Vxb的差值大于零,该差值的大小正比于X方向的磁感应强度,进 而可据以判断朝向X方向的磁场大小。
    类似的,朝向-X方向的磁场-Bx其磁力线通过该磁通导引器1时, 在该第一磁阻??閄1、该第四磁阻??閄4分别产生-Y方向的垂直分 量而使其电阻值Rx1和Rx4上升,在该第二磁阻??閄2、该第三磁阻 ??閄3分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx2和Rx3下降, 因此,在该第一输出电压Vxa的电压会小于该第二输出电压Vxb的电 压,该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb的差值小于零,该差 值的大小正比于-X方向的磁感应强度,进而可据以判断朝向-X方向 的磁场大小。
    要特别说明的是,当该第一方向感测单元2用于感测平行X方向 的磁场大小时,朝向Y方向的磁场By其磁力线仍会通过该磁通导引 器1而在该第一磁阻??閄1、该第二磁阻??閄2、该第三磁阻???X3,及该第四磁阻??閄4分别产生Y方向的分量,进而使其电阻值 Rx1、Rx2、Rx3,及Rx4同时下降,所以而在该第一输出电压Vxa的 电压会等于该第二输出电压Vxb的电压,同样的,朝向-Y方向的磁场 By其磁力线通过该磁通导引器1时,也会使该第一输出电压Vxa的电 压等于该第二输出电压Vxb的电压,也因此,平行Y方向的磁场并不 会对该第一方向感测单元2造成影响。
    当朝向Z方向的磁场Bz其磁力线通过该磁通导引器1时,在该 第一磁阻??閄1、该第三磁阻??閄3分别产生-Y方向的垂直分量而 使其电阻值Rx1和Rx3上升,在该第二磁阻??閄2、该第四磁阻???X4分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx2和Rx4下降,所以在 该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压,同样 的,朝向-Z方向的磁场-Bz其磁力线通过该磁通导引器1,在该第一 输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压,也因此,平 行Z方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影响。所以,当以 本发明电磁感测装置的第一较佳实施例感测平行X方向的磁场时,对 于沿Y方向和Z方向的磁场有良好的正交性。
    配合参阅图3,当该第一磁阻??閄1电连接于该地电源、该第二 磁阻??閄2串接该第一磁阻??閄1与该驱动电源Vcc、该第三磁阻 ??閄3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻??閄4串接该第三磁 阻??閄3与该地电源,而成如图3所示的惠斯通电桥时,可用于感 测平行Z方向的磁感应强度。此时,朝向Z方向的磁场Bz其磁力线 通过该磁通导引器1时,在该第一磁阻??閄1、该第三磁阻??閄3 分别产生-Y方向的垂直分量使其电阻值Rx1和Rx3上升,在该第二磁 阻??閄2、该第四磁阻??閄4分别产生Y方向的垂直分量使其电阻 值Rx2和Rx4下降,因此,在该第一输出电压Vxa的电压会大于该第 二输出电压Vxb的电压,该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb 的差值大于零,该差值的大小正比于Z方向的磁感应强度,进而可据 以判断朝向Z方向的磁场大??;类似的,当朝向-Z方向的磁场-Bz其 磁力线通过该磁通导引器1时,在该第一磁阻??閄1、该第三磁阻模 块X3分别产生Y方向的垂直分量使其电阻值Rx1和Rx3下降,在该 第二磁阻??閄2、该第四磁阻??閄4分别产生-Y方向的垂直分量使 其电阻值Rx2和Rx4上升,因此,在该第一输出电压Vxa的电压会小 于该第二输出电压Vxb的电压,该第一输出电压Vxa减该第二输出电 压Vxb的差值小于零,该差值的大小正比于-Z方向的磁感应强度,进 而可据以判断朝向-Z方向的磁场大小。
    要特别说明的是,当该第一方向感测单元2用于感测平行Z方向 的磁场大小时,朝向X方向的磁场Bx其磁力线通过该磁通导引器1, 在该第一磁阻??閄1、该第四磁阻??閄4分别产生Y方向的垂直分 量,使其电阻值Rx1和Rx4下降;在该第二磁阻??閄2、该第三磁阻 ??閄3分别产生-Y方向的垂直分量,使其电阻值Rx2和Rx3上升, 则在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。 同样的,朝向-X方向的磁场-Bx其磁力线通过该磁通导引器1,在该 第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。因此, 平行X方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影响。
    朝向Y方向的磁场By其磁力线通过该磁通导引器1,在该第一磁 阻??閄1、该第二磁阻??閄2、该第三磁阻??閄3,及该第四磁阻 ??閄4分别产生Y方向的分量,使其电阻值Rx1、Rx2、Rx3,及Rx4 同时下降,则在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压 Vxb的电压。同样的,朝向-Y方向的磁场-By其磁力线通过该磁通导 引器1,在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的 电压。因此,平行Y方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影 响。所以,当以本发明磁场感测装置的第一较佳实施例感测平行Z方 向的磁场时,对于沿X方向和Y方向的磁场有良好的正交性。
    需要补充说明的是,当该第一较佳实施例用于感测平行X方向的 磁场分量时,所述四磁阻??閄也可以对应设置于该磁通导引器1的 上方,或该磁通导引器1沿Z方向的顶面和底面间,皆可感测到平行 X方向的磁场分量;当该第一较佳实施例用于感测平行X方向及Z方 向的磁场分量时,所述四磁阻??閄也可以对应设置于该磁通导引器 1的上方,以同时感测平行X方向和Z方向的磁场分量。
    上述的磁阻??閄是由多层薄膜材料构成,薄膜制作可采用物理 或化学气相沈积法于例如硅基材或其他功能类似的基材上。而设定所 述磁阻??閄的钉札层21磁化方向,是在薄膜成长时在高温(约 200℃)下施加均匀的强磁场,然后在磁场下冷却使钉札场方向固定。 此方法相较于过去设定两个以上钉札场方向的方法,不但程序简单, 且能提升所述磁阻??閄的性能并降低制作成本。
    该磁通导引器1的制程可采取以下其中一方法实行:
    第一、贴合切割:将低磁滞的软磁材料切割为该磁通导引器1, 再与配置的所述磁阻??閄的芯片对准贴合。
    第二、向上成长:在配置所述磁阻??閄的芯片上,以化学镀膜 或电镀成长肥粒铁(ferrite)或镍铁合金(NiFe)等低磁滞软磁材料, 达厚度约20μm以上,再以厚光阻为模具使该磁通导引器1成形。
    第三、向下成长:在配置所述磁阻??閄的芯片上,以微影制程 形成光阻与二氧化硅的屏蔽,再利用深反应式蚀刻(DRIE)做出深度超 过20μm的孔洞,最后以化学镀膜、电镀、或溅镀来成长肥粒铁 (ferrite)或镍铁合金(NiFe)等低磁滞软磁材料,使该磁通导引器1 成形。
    参阅图4,本发明磁场感测装置的一第二较佳实施例,与该第一 较佳实施例类似,不同处在于该第二较佳实施例还包含一第二方向感 测单元3,用于感测X方向、Y方向及Z方向的磁感应强度。
    该第二方向感测单元3包括一第一磁阻??閅1、一第二磁阻???Y2、一第三磁阻??閅3,及一第四磁阻??閅4,所述磁阻??閅分 别具有一形成一钉札场方向(如图4的箭头所指方向)的钉札层31,及 一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,所述磁阻模 块Y的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元2的所述磁阻??閄 的钉札场方向相同的方向,在此为朝向Y方向,该第一磁阻??閅1 和该第四磁阻??閅4分别沿着Y方向位于该磁通导引器1的下方相 反两侧,并分别与二长边保持一间距,其所对应的电阻分别以Ry1和 Ry4作说明,该第二磁阻??閅2和该第三磁阻??閅3分别位于该磁 通导引器1下方且贴近该磁通导引器1,并以Z方向向该磁通导引器 1投影,完全落入该磁通导引器1内,则该第二磁阻??閅2、该第三 磁阻??閅3因受该磁通导引器1的遮盖产生屏蔽作用而不受磁力线 影响,其所对应的电阻分别以Ry2和Ry3作说明。
    配合参阅图5,当该第一磁阻??閅1电连接于该驱动电源Vcc、 该第二磁阻??閅2串接该第一磁阻??閅1与该地电源、该第三磁阻 ??閅3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻??閅4串接该第三磁 阻??閅3与该地电源,该第一磁阻??閅1及该第二磁阻??閅2具 有产生一第三输出电压Vya的一第三共同节点,该第三磁阻??閅3 及该第四磁阻??閅4具有产生一第四输出电压Vyb的一第四共同节 点,而成如图5所示的惠斯通电桥时,可用于感测平行Y方向的磁感 应强度。此时,朝向Y方向的磁场By其磁力线通过该磁通导引器1 时,在该第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4分别增强Y方向的分 量而使其电阻值Ry1和Ry4下降,在该第二磁阻??閅2、该第三磁阻 ??閅3因受该磁通导引器1的屏蔽作用,分别降低Y方向的分量而 使其电阻值Rx2和Rx3仅略微下降。因此,在该第三输出电压Vya的 电压会大于该第四输出电压Vyb的电压,该第三输出电压Vya减该第 四输出电压Vyb的差值大于零,该差值的大小正比于Y方向的磁感应 强度,进而可据以判断朝向Y方向的磁场大小。
    类似的,朝向-Y方向的磁场-By其磁力线通过该磁通导引器1时, 在该第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4分别增强-Y方向的分量而 使其电阻值Ry1和Ry4上升,在该第二磁阻??閅2、该第三磁阻???Y3因受该磁通导引器1的屏蔽作用,分别降低-Y方向的分量而使其 电阻值Ry2和Ry3仅略微上升,因此,在该第三输出电压Vya的电压 会小于该第四输出电压Vyb的电压,该第三输出电压Vya减该第四输 出电压Vyb的差值小于零,该差值的大小正比于-Y方向的磁感应强 度,进而可据以判断朝向-Y方向的磁场大小。
    要特别说明的是,当该第二方向感测单元3用于感测平行Y方向 的磁场大小时,朝向X方向的磁场Bx其磁力线通过该磁通导引器1 而在该第一磁阻??閅1、该第二磁阻??閅2、该第三磁阻??閅3, 及该第四磁阻??閅4皆不会产生Y方向的分量,进而使其电阻值Ry1、 Ry2、Ry3,及Ry4皆不改变,所以而在该第三输出电压Vya的电压会 等于该第四输出电压Vyb的电压,同样的,朝向-X方向的磁场-Bx其 磁力线通过该磁通导引器时,也会使得在该第三输出电压Vya的电压 会等于该第四输出电压Vyb的电压,也因此,平行X方向的磁场并不 会对该第二方向感测单元3造成影响。
    当朝向Z方向的磁场Bz其磁力线通过该磁通导引器1,因该第一 磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4分别与二长边保持该间距,则在该 第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4不会产生Y方向的分量,而使 其电阻值Ry1和Ry4不变;在该第二磁阻??閅2、该第三磁阻???Y3也不会产生Y方向的分量,而使其电阻值Ry2和Ry3不变,则该第 三输出电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压。同样的, 朝向-Z方向的磁场-Bz其磁力线通过该磁通导引器1,在该第三输出 电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压。因此,平行Z方 向的磁场不会对该第二方向感测单元3造成影响。所以,当以本发明 磁场感测装置的第二较佳实施例感测平行Y方向的磁场时,对于沿X 方向和Z方向的磁场有良好的正交性。
    需再补充说明的是,该第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4也 可以对应设置于该磁通导引器1的上方,或该磁通导引器1沿Z方向 的顶面和底面间。当该第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4设置于 该磁通导引器1的上方或下方时,因使平行Z方向的磁力线不会对该 第一磁阻??閅1和该第四磁阻??閅4产生平行Y方向的分量,所以 该第一磁阻??閅1和该第四磁阻??閅4分别与该磁通导引器1在平 行Y方向保持该间距,若该间距足够大,可使平行Z方向的磁场其磁 力线不会在该第一磁阻??閅1和该第四磁阻??閅4产生平行Y方向 的磁场分量,以抑制对其电阻值Ry1及Ry4的影响,但该间距小时, 可提高该磁通导引器1对平行Y方向磁场的磁通放大率,而对于平行 Y方向的磁场分量有较佳的感测能力,因此该第二方向感测单元3用 于感测平行Y方向的磁场分量时,需注意该第一磁阻??閅1和该第 四磁阻??閅4与该磁通导引器1保持适当的间距。若当该第一磁阻 ??閅1和该第四磁阻??閅4设置于该磁通导引器1沿Z方向的顶面 和底面间,则该第一磁阻??閅1和该第四磁阻??閅4不需与该磁通 导引器1在平行Y方向保持适当间距,因平行Z方向的磁场分量不会 造成影响。
    参阅图6,本发明磁场感测装置的一第三较佳实施例与该第二较 佳实施例类似,不同处在于该第三较佳实施例还包含一磁性薄膜5, 则该第二方向感测单元3不需设置在该磁通导引器1周边,可使用该 磁性薄膜5覆盖在该第二磁阻??閅2和该第三磁阻??閅3上,即可 达到屏蔽作用,且该第一磁阻??閅1和该第四磁阻??閅4不需再考 虑需与该磁通导引器1或该磁性薄膜5保持适当间距的问题,并该磁 性薄膜5也有提高该第一磁阻??閅1、该第四磁阻??閅4对平行Y 方向磁场的磁通放大率的能力,则可达成与该第二较佳实施例同样的 效果。
    参阅图7,本发明磁场感测装置的一第四较佳实施例与该第二较 佳实施例类似,不同处在于,该第四较佳实施例还包含一第三方向感 测单元4,用于同时感测X方向、Y方向及Z方向的磁感应强度。该 第三方向感测单元4包括一第一磁阻??閆1、一第二磁阻??閆2、 一第三磁阻??閆3,及一第四磁阻??閆4,所述磁阻??閆分别具 有一形成一钉札场方向(如图7的箭头所指方向)的钉札层41,及一随 着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻,所述磁阻??閆 的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元2的所述磁阻??閄的钉 札场方向相同方向,在此为朝向Y方向,所述磁阻??閆分别两两沿 着Y方向且位于该磁通导引器1的下方相反两侧,该第一磁阻??閆1、 该第四磁阻??閆4位于该磁通导引器1同一侧,该第二磁阻??閆2、 该第三磁阻??閆3位于该磁通导引器1另同一侧,且其所对应的电 阻分别为Rz1、Rz4、Rz2、Rz3。
    配合参阅图8,当该第一磁阻??閆1电连接于该驱动电源Vcc、 该第二磁阻??閆2串接该第一磁阻??閆1与该地电源、该第三磁阻 ??閆3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻??閆4串接该第三磁 阻??閆3与该地电源,该第一磁阻??閆1及该第二磁阻??閆2具 有产生一第五输出电压Vza的一第五共同节点,该第三磁阻??閆3 及该第四磁阻??閆4具有产生一第六输出电压Vzb的一第六共同节 点,而成如图8所示的惠斯通电桥时,可用于感测平行Z方向的磁感 应强度。则该第一方向感测单元2用于感测平行X方向的磁场,该第 二方向感测单元3用于感测平行Y方向的磁场,该第三方向感测单元 4用于感测平行Z方向的磁场,而不需再切换该第一方向感测单元2 的电源线路,则可同时感测三维空间中的磁感应强度与方向,而增加 便利性。
    需要补充说明的是,该第三方向感测单元4的所述四磁阻??閆 也可以对应设置于该磁通导引器1的上方,也可感测到平行Z方向的 磁力线。
    综上所述,本发明磁场感测装置,通过该磁通导引器1导引三维 空间的磁力线,使平行X方向的磁场经过该第一方向感测单元2形成 的惠斯通电桥产生电压差值、平行Y方向的磁场经过该第二方向感测 单元3形成的惠斯通电桥产生电压差值,及平行Z方向的磁场经过该 第三方向感测单元4形成的惠斯通电桥产生电压差值,以感测三维空 间的磁感应强度及方向,且彼此有良好的正交性,不会互相干扰,又 该第一方向感测单元2的所述磁阻??閄、该第二方向感测单元3的 所述磁阻??閅,及该第三方向感测单元4的所述磁阻??閆的钉札 场方向皆为同一方向,简单的制造流程及良好的感测效果,大大降低 制作成本与提升感测性能,所以确实能达成本发明的目的。
    以上所述者,仅为本发明的实施例而已,当不能以此限定本发明 实施的范围,即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等 效变化与修饰,皆仍属本发明的范围。

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