磁通門磁傳感器讀出設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】磁通門磁傳感器讀出設(shè)備
[0001]本申請(qǐng)案主張2013年8月15日申請(qǐng)且標(biāo)題為“用于集成磁通門傳感器的新穎讀出電路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHOD FOR INTEGRATED FLUXGATESENSORS) ”的第61/866，446號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案以及2013年8月19日申請(qǐng)且標(biāo)題為“用于集成磁通門傳感器的新穎讀出電路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHODFOR INTEGRATED FLUXGATE SENSORS) ”的第61/867，478號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，所述臨時(shí)申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及磁傳感器且更特定來(lái)說(shuō)涉及用于磁通門磁傳感器的經(jīng)改進(jìn)傳感器讀出電路。
【背景技術(shù)】
[0003]磁通門磁傳感器在多種應(yīng)用中用于產(chǎn)生表示所檢測(cè)磁場(chǎng)的對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)，舉例來(lái)說(shuō)，用于電流傳感器、電子羅盤或數(shù)字磁力計(jì)裝置及位置感測(cè)應(yīng)用。磁通門裝置是使用具有激勵(lì)與感測(cè)繞組或線圈的磁芯來(lái)構(gòu)造的，其中用雙向信號(hào)驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈且感測(cè)線圈提供可經(jīng)積分以確定外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的輸出信號(hào)。通常已使用數(shù)種不同方法來(lái)介接磁通門感測(cè)線圈與外部電路以便提供表示所檢測(cè)外部磁場(chǎng)的輸出電壓信號(hào)或數(shù)字值。許多常規(guī)傳感器讀出電路放大輸出電壓并通過(guò)濾波獲得平均值，且某些方法采用△- Σ調(diào)制器及積分器來(lái)產(chǎn)生傳感器輸出。某些所提議的設(shè)計(jì)使用取樣與保持電路或需要精確時(shí)序控制的稱為箱車型電路的非線性平均電路來(lái)將電壓存儲(chǔ)于個(gè)別箱車型電路的電容器上，借助加法器來(lái)測(cè)量表示在一系列步長(zhǎng)內(nèi)在感測(cè)線圈中的所感應(yīng)信號(hào)的最大值的電壓當(dāng)量。其它磁通門傳感器讀出電路使用具有低通濾波器的整流器，其中對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波且因此貫穿全激勵(lì)循環(huán)或周期對(duì)所述信號(hào)求平均以便產(chǎn)生與所測(cè)量的磁場(chǎng)成比例的經(jīng)整流電壓信號(hào)。然而，這些常規(guī)方法需要顯著量的電路且因此占據(jù)集成電路上的寶貴空間，且貫穿全激勵(lì)循環(huán)求平均會(huì)降低有效增益。因此，仍不斷需要用以提供指示所檢測(cè)磁場(chǎng)的輸出信號(hào)同時(shí)占據(jù)微小集成電路面積而不消耗過(guò)量電力的用于磁通門磁傳感器的經(jīng)改進(jìn)傳感器讀出設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供磁傳感器及讀出電路，其中解調(diào)來(lái)自磁通門傳感器線圈的信號(hào)并將其提供到具有一或多個(gè)反饋電容器的跨導(dǎo)或其它放大器以對(duì)放大器輸出電流進(jìn)行積分并提供表示所檢測(cè)磁場(chǎng)的電壓信號(hào)。通過(guò)此配置，提供不需要存在于常規(guī)傳感器讀出電路中的復(fù)雜時(shí)序與控制電路及濾波的簡(jiǎn)單、緊湊且低功率傳感器讀出設(shè)備。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)方面，提供一種磁通門磁傳感器讀出設(shè)備，其包含:解調(diào)器電路，其具有根據(jù)一或多個(gè)切換控制信號(hào)操作的開關(guān)；及放大器電路，其由放大器及連接于放大器輸出與放大器輸入之間的至少一個(gè)反饋電容構(gòu)成以提供指示由磁通門磁傳感器感測(cè)的磁場(chǎng)的電壓輸出信號(hào)。在某些實(shí)施例中，可使用單端跨導(dǎo)放大器，或所述放大器可為具有反饋電容器的差分輸出跨導(dǎo)放大器，所述反饋電容器個(gè)別地連接于對(duì)應(yīng)放大器輸出與放大器輸入之間以對(duì)由跨導(dǎo)放大器提供的差分輸出電流進(jìn)行積分。此外，在某些實(shí)施例中，提供復(fù)位電路以選擇性地將反饋電容放電，且控制電路可選擇性地提供復(fù)位控制信號(hào)以每整數(shù)N個(gè)感測(cè)循環(huán)將反饋電容放電，其中N大于或等于I。此外，整數(shù)N可根據(jù)提供到所述控制電路的信號(hào)配置，舉例來(lái)說(shuō)，以提供反饋電容可借以對(duì)來(lái)自多個(gè)激勵(lì)循環(huán)的放大器輸出電流進(jìn)行積分以促進(jìn)感測(cè)低水平磁場(chǎng)的可調(diào)整增益。在某些實(shí)施例中，提供停用電路以選擇性地將解調(diào)器輸入連接在一起以停用傳感器讀出設(shè)備，借此減輕當(dāng)傳感器未被使用時(shí)放大器電路對(duì)噪聲的積分。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步方面提供磁感測(cè)設(shè)備，其包含:磁通門傳感器；激勵(lì)電路；及傳感器電路，其提供具有積分反饋電容的放大器以用于產(chǎn)生表示所感測(cè)磁場(chǎng)的輸出信號(hào)；連同控制電路，其控制從所述激勵(lì)電路提供到磁通門傳感器激勵(lì)線圈的周期性雙向激勵(lì)波形的時(shí)序。本發(fā)明的進(jìn)一步方面提供一種用于介接磁通門磁傳感器的傳感器接口電路，其包含:激勵(lì)電路，其用于將周期性雙向波形提供到激勵(lì)線圈；以及傳感器讀出電路，其具有解調(diào)器以及包含放大器及一或多個(gè)積分反饋電容的放大器電路。
【附圖說(shuō)明】
[0007]以下描述及圖式詳細(xì)地陳述本發(fā)明的某些說(shuō)明性實(shí)施方案，其指示可實(shí)施本發(fā)明的各種原理的數(shù)種示范性方式。然而，所圖解說(shuō)明的實(shí)例并非對(duì)本發(fā)明的許多可能實(shí)施例的詳盡說(shuō)明。將在結(jié)合圖式考慮的以下詳細(xì)描述中陳述本發(fā)明的其它目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)及新穎特征，圖式中:
[0008]圖1是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一或多個(gè)方面形成于集成電路的襯底上或中的示范性磁通門磁傳感器設(shè)備的部分示意性俯視平面圖，所述磁通門磁傳感器設(shè)備包含相關(guān)聯(lián)激勵(lì)電路及傳感器讀出電路，所述傳感器讀出電路具有切換整流器或解調(diào)器及具有積分反饋電容器的差分輸出放大器；
[0009]圖2是圖解說(shuō)明圖1的磁傳感器設(shè)備中的激勵(lì)、感測(cè)及控制信令的波形圖；
[0010]圖3是圖解說(shuō)明圖1的傳感器讀出電路中的示范性切換解調(diào)器電路的部分示意圖；
[0011]圖4是圖解說(shuō)明具有NMOS差分輸入級(jí)的示范性差分輸出跨導(dǎo)放大器電路實(shí)施例的部分示意圖；
[0012]圖5是圖解說(shuō)明具有PMOS差分輸入級(jí)的另一示范性差分輸出跨導(dǎo)放大器實(shí)施例的部分示意圖；
[0013]圖6是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明包含傳感器讀出電路的另一示范性磁通門磁傳感器設(shè)備的部分示意性俯視平面圖，所述傳感器讀出電路具有解調(diào)器以及具有積分反饋電容的單端輸出放大器；
[0014]圖7是圖解說(shuō)明圖6的傳感器設(shè)備中具有NMOS差分輸入級(jí)的示范性單端輸出跨導(dǎo)放大器電路實(shí)施例的部分示意圖；且
[0015]圖8是圖解說(shuō)明具有PMOS差分輸入級(jí)的另一示范性單端輸出跨導(dǎo)放大器電路實(shí)施例的部分示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下文中結(jié)合圖式來(lái)描述一或多個(gè)實(shí)施例或?qū)嵤┓桨?，其中在通篇中使用相似參考編?hào)來(lái)指代相似元件，且其中各種特征未必按比例繪制。本發(fā)明提供下文中在具有板上磁通門傳感器結(jié)構(gòu)的磁通門磁力計(jì)集成電路的上下文中圖解說(shuō)明及描述的接口電路及傳感器讀出設(shè)備以及集成磁通門磁傳感器。可結(jié)合外部磁通門傳感器結(jié)構(gòu)或具有不同數(shù)目及配置的激勵(lì)及/或傳感器線圈的磁通門傳感器來(lái)采用本發(fā)明的各種方面，且將了解本發(fā)明的傳感器讀出概念并不限于所圖解說(shuō)明的實(shí)例。
[0017]首先參考圖1，其圖解說(shuō)明提供在某些實(shí)施例中形成于半導(dǎo)體襯底4上及/或中的單集成電路解決方案的示范性磁通門傳感器設(shè)備2，且其包含磁通門磁傳感器6、積分傳感器讀出電路14、激勵(lì)電路20及控制電路24。示范性磁通門傳感器6包含:磁敏感芯8，例如可形成于襯底4上及/或中的高磁導(dǎo)率芯結(jié)構(gòu)8，其中激勵(lì)繞組或線圈10包含卷繞在芯8的部分上的激勵(lì)線圈區(qū)段10a、10b、10c及1d ;及位于中心的感測(cè)繞組12。在所圖解說(shuō)明的實(shí)例中，繞組10及12使用襯底組合件4的不同層上的導(dǎo)電部分而圍繞芯結(jié)構(gòu)8的對(duì)應(yīng)部分形成，其中在所圖解說(shuō)明的視圖中，實(shí)線展示在對(duì)應(yīng)芯結(jié)構(gòu)8上方的繞組部分且虛線展示在對(duì)應(yīng)芯結(jié)構(gòu)8下方的繞組部分。在不同實(shí)施例中，可使用任何數(shù)目個(gè)激勵(lì)與感測(cè)繞組10、12。此外，在此實(shí)例中，磁敏感芯結(jié)構(gòu)8包含分離雙側(cè)對(duì)稱芯部分8a及Sb的兩個(gè)縱向相對(duì)的間隙Sg。其中不使用間隙Sg的其它設(shè)計(jì)為可能的，或可提供單個(gè)間隙，或者可在芯結(jié)構(gòu)8中包含兩個(gè)以上此類間隙8g。此外，在所有實(shí)施例中，芯部分8a及8b可為但并非需要為對(duì)稱的。另外，不同實(shí)施例中的線圈繞組可呈現(xiàn)許多不同的變化形式，一般來(lái)說(shuō)，所述變化形式不應(yīng)影響本發(fā)明的傳感器讀出方面，且可在磁通門傳感器6上包含額外線圈而對(duì)傳感器讀出電路14并無(wú)影響。
[0018]激勵(lì)電路20可為經(jīng)由到激勵(lì)線圈10的相應(yīng)第一端及第二端的連接18a及18b將AC激勵(lì)信號(hào)18 (例如周期性雙向脈沖波形)提供到激勵(lì)繞組10的任何適合電路。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，激勵(lì)電路14為H橋切換電路，其根據(jù)來(lái)自控制電路24的一或多個(gè)時(shí)序控制信號(hào)22操作以在一系列激勵(lì)循環(huán)中的每一者中將處于正供應(yīng)電壓的正脈沖且接著將處于負(fù)供應(yīng)電壓的負(fù)脈沖選擇性地提供到激勵(lì)線圈10，優(yōu)選地在連續(xù)交變脈沖之間具有無(wú)施加電壓的周期。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，激勵(lì)電路20將交變激勵(lì)電流波形“ ie”提供到激勵(lì)繞組10以交替地驅(qū)動(dòng)芯結(jié)構(gòu)8沿相反極性或方向經(jīng)過(guò)磁飽和及去磁，借此在感測(cè)線圈12中感應(yīng)出電感測(cè)電流“is”。當(dāng)芯結(jié)構(gòu)8暴露于外部磁場(chǎng)(例如，在圖1中所展示的定向中在左邊)時(shí)，芯結(jié)構(gòu)8在與所述場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)較易飽和且在與外部場(chǎng)相反時(shí)較不易飽和。因此，所感應(yīng)的感測(cè)線圈電流“is”將與激勵(lì)電流異相，且差將與外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度相關(guān)。激勵(lì)脈沖持續(xù)時(shí)間及