磁場傳感器中鐵磁性結構的損壞檢測和智能復位的制作方法

本發明大體上涉及磁電子裝置。更具體地說，本發明涉及磁場傳感器中鐵磁性結構的損壞檢測和智能復位。

背景技術：

磁場傳感器被廣泛用于包括在例如指南針、安全和軍事應用、地球物理和空間研究、生物磁學和醫學應用，以及非破壞性試驗的大量應用中。磁場傳感器通常基于半導體材料(例如，霍爾傳感器、半導體磁控電阻器等)和鐵磁性材料(例如，鐵磁性磁控電阻器、通量集中器、通量引導器等)。其它磁性傳感器利用光學、諧振和超導特性。

技術實現要素：

無

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參考具體實施方式和權利要求書可以得到本發明的更完整的理解，其中相似的附圖標記指整個附圖中類似的項目，附圖未必是按比例繪制的，并且：

圖1示出現有技術傳感器封裝的簡化的框圖；

圖2示出用磁場傳感器實施的通量集中器的簡化的視圖；

圖3示出用于Z軸磁場傳感器的通量引導器的簡化的側視圖；

圖4示出通量集中器的側視圖，該側視圖例示具有基線朝向的磁性極化；

圖5示出通量集中器的側視圖，該側視圖例示具有變更的朝向的磁性極化；

圖6示出通量集中器的側視圖，該側視圖例示具有不穩定朝向的磁性極化；

圖7根據實施例示出具有損壞檢測和復位子系統的傳感器封裝的框圖；

圖8示出例示磁性震動事件的直接檢測的圖表，該磁性震動事件可能會引起圖7的傳感器封裝的通量集中器的變更的磁性狀態；

圖9示出例示施加于圖7的傳感器封裝的輸出信號上的基線噪聲分量的圖表；

圖10示出例示對于來自磁性感測元件的輸出信號中的噪聲級的直接監測的圖表，該噪聲級指示圖7的傳感器封裝的通量集中器的磁性損壞；

圖11示出狀態傳感器系統監測圖7的傳感器封裝的通量集中器的磁性狀態的實施方式的簡化的俯視圖；

圖12示出具有通量集中器的狀態傳感器系統的簡化的橫截面側視圖；

圖13示出例示在圖11的狀態傳感器系統的狀態傳感器上的磁場的空間變化的圖表；

圖14示出例示使用圖11的狀態傳感器系統在剩磁事件之前和之后的磁場的時間曲線的圖表；

圖15根據另一個實施例示出復位動作確定過程的流程圖；以及

圖16根據另一個實施例示出傳感器封裝的框圖。

具體實施方式

總的來說，本發明的實施例需要包括損壞檢測和復位子系統的磁場傳感器封裝，以及用于檢測鐵磁性結構的磁性狀態的損壞和使鐵磁性結構復位為基線磁性狀態的方法。損壞檢測和復位子系統確保磁場傳感器是“智能的”，這表現在它直接檢測或以其它方式預測造成損壞的磁性震動事件，和/或檢測磁性震動事件對鐵磁性結構的磁化狀態的影響，和/或檢測磁性震動事件對磁場傳感器的輸出的影響。在子系統內分析所監 測的數據以確定是否啟動復位動作以及何時啟動復位動作。因此，是在需要復位時施加復位動作，而不是基于設置好的計劃定期觸發復位動作或依靠外部事件觸發復位動作，從而實現節省電力消耗。

提供本公開從而以使得最佳模式能夠實現的方式對在應用時根據本發明制造和使用各種實施例的最佳模式進行另外的解釋。另外提供本公開以增強對創造性的原理及其優勢的理解和了解，而不是以任何方式限制本發明。本發明僅由隨附權利要求書限定，隨附權利要求書包括在本申請未決期間的任何修改以及已提出的那些權利要求的所有等效物。

應當理解，關系術語(如果存在的話)，諸如第一和第二、頂部和底部等的使用僅用于區分一個實體或動作與另一個實體或動作，而不必需要或暗示在此些實體或動作之間的任何實際的此種關系或次序。此外，可以使用各種陰影和/或影線例示附圖中的一些以區分不同的元件。可以利用當前和未來的制造技術生產這些不同的元件。因此，雖然在圖示中利用不同的陰影和/或影線，但是可以由相同的材料形成結構層內的不同的元件。

參考圖1，圖1示出現有技術傳感器封裝20的簡化的框圖。可以在需要磁場感測的任何裝置或系統中，例如在電子指南針、安全和軍事應用中，在地球物理和空間研究應用中，在生物磁學和醫學應用，和/或在非破壞性試驗中實施傳感器封裝20。在該例子中，傳感器封裝20可適用于沿三個軸感測磁場。因此，傳感器封裝20包括X軸磁場傳感器24、Y軸磁場傳感器26和Z軸磁場傳感器28。磁場傳感器24、26、28可以被耦接到專用集成電路(ASIC)30或以其它方式與ASIC 30通信以形成傳感器封裝20。ASIC 30實行包括但不限于信號調節和數據管理、穩定控制、橋接/輸出多路復用、自測試、靜電放電(ESD)保護等中的一些或所有功能。

有很多種已經被實施且制成產品的磁場傳感器技術。為了包括屏蔽、通量集中和通量重定向的各種目的，這些磁場傳感器技術中的很多合并經圖案化的鐵磁性結構(在本文中一般被稱為“通量集中器”)。通量集中器是用于提高磁場傳感器的性能的鐵質材料。

圖2示出呈通量集中器32的形式的鐵磁性結構的簡化的視圖，該通量集中器32用在平行于基板的平面的方向上感測磁場的磁場傳感器(諸如X軸磁場傳感器24)實施。當通量集中器32與磁場傳感器24的極面相對置放時，X軸磁場34(由虛線表示)穿過通量集中器32，從而增大通量集中器32和磁場傳感器24的極面之間的磁通量密度(即，磁場)。在該側視圖圖示中，X軸36在頁面上是左右朝向，Y軸38在頁面上是上下朝向，并且Z軸40被表示為點，該點描繪進入到圖2所在的頁面中或者從圖2所在的頁面出來的軸線。因此，在該側視圖圖示中的X-Y平面在頁面上是左右以及上下朝向。

圖3示出呈通量引導器42的形式的鐵磁性結構的簡化的側視圖，通量引導器42是用磁場傳感器(諸如Z軸磁場傳感器28)實施。在該簡化的圖示中，Z軸磁場傳感器28包括形成于電介質材料或基板46內的一對Z軸感測元件44。Z軸感測元件44可以是磁性隧道結(MTJ)結構，Z軸感測元件44中的每個包括由絕緣體層52隔開的鐵磁性層48、50。在該側視圖圖示中，Z軸40在頁面上是上下朝向，X軸36在頁面上是左右朝向，并且Y軸40被表示為點，該點描繪進入到圖2所在的頁面中或者從圖2所在的頁面出來的軸線。因此，在該側視圖圖示中的X-Y平面是左右朝向并且進入頁面中或者從頁面出來。

為了在垂直于基板46的平面的方向上感測磁場，還在基板46內形成通量引導器42。通量引導器42可以被用于引導Z軸磁場54(由虛線箭頭表示)進入到X-Y平面中。因此，將通量引導器42成形為用于將磁通量即Z軸磁場54引導到優選的位置的鐵磁性結構。通過使用合并到Z軸磁場傳感器28中的通量引導器42，可以合適地引導Z軸磁場54，使得從平面內感測元件((即，Z軸感測元件44)可以感測到Z軸磁場54。

圖4示出本文中一般被稱為通量集中器56的鐵磁性結構的側視圖，該側視圖例示具有基線或穩定的朝向的磁性極化58(由向右的箭頭表示)。因此，在下文中，磁性極化58被稱為通量集中器56的基線磁性狀態58。通量集中器56一般被用于表示通量集中器32和通量引導器42。 然而，本領域的技術人員將認識到有很多種通量集中器設計和功能。因此，本文中通量集中器56被用于表示用于磁場傳感器中以屏蔽、集中或引導磁場的任何鐵磁性結構。

為了實現最佳響應，通量集中器56具有優選的磁化朝向。也就是說，通量集中器56的基線磁性狀態58將在一致的即總體上單一的方向上指向。不利的是，鐵磁性結構(例如，通量集中器56)由于暴露于外部施加的磁場(例如，三十高斯或更高的干擾場)所以易于受到損壞。該磁性損壞可能變更通量集中器56的磁性狀態，導致包括偏移、軸對準和噪聲的不穩定的裝置特性。

圖5示出通量集中器56的側視圖，該側視圖例示具有變更的朝向的磁性極化61(由向左的箭頭表示)。因此，在下文中磁性極化61被稱為變更的磁性狀態61。提供圖5以示出響應于暴露于足夠強度的外部施加的磁場(本文中被稱為磁性震動事件)的通量集中器56的變更的磁性狀態。如圖所示，變更的磁性狀態61可以與通量集中器56的優選的磁化朝向(例如基線磁性狀態58)相反的一致的(即總體上單一的)方向指向。從基線磁性狀態58(圖4)到變更的磁性狀態61的磁化的改變可以導致輸出信號中的偏移移位，被稱為剩磁(perming)。

圖6示出通量集中器56的側視圖，該側視圖例示具有不穩定朝向的磁性極化60。同樣，提供圖6以示出響應于暴露于導致分離偏振情況的足夠強度的外部施加的磁場的通量集中器56的變更的另一種類型的磁性狀態。因此，在下文中磁性極化60還被稱為通量集中器56的變更的磁性狀態60。在該例子中，暴露于磁性震動事件可能使通量集中器56的基線磁性狀態58(圖4)重新朝向，使得當返回到通量集中器56的低場感測配置時，通量集中器56中可存在磁疇壁62(示出一個)。如圖5中所例示的，磁疇壁62是通量集中器56中的一些區域，在該區域處磁性極化指著不同的方向，導致變更的磁性狀態60。

一個或多個磁疇壁62的存在導致變更的磁性狀態60的非一致性。此外，磁疇壁62可能會順著通量集中器56的長度向上和向下移動，從而在磁性感測元件處調整局部場。從基線磁性狀態58(圖4)到變更的 磁性狀態60的磁化的改變還可能導致磁性傳感器性能的不利的改變，這可能導致輸出信號63中提高的噪聲級、偏移移位和傳感器軸對準的虛擬旋轉。下面所描述的示例性實施例在鐵磁性結構(例如，通量集中器56)被外部干擾場(例如，磁性震動事件)損壞之后，通過使鐵磁性結構的磁性朝向從變更的磁性狀態61(如圖5中所例示的)或60(如圖6中所例示的)中的任一種狀態復位為基線磁性狀態58(如圖4中所例示的)，借此修復鐵磁性結構。

圖7根據實施例示出具有損壞檢測和復位子系統66的傳感器封裝64的框圖。傳感器封裝64總體上包括磁場傳感器68，磁場傳感器68具有一個或多個磁性感測元件70(描繪了一個磁性感測元件70)和一個或多個鐵磁性結構，例如通量集中器72(描繪了一個通量集中器72)。磁場傳感器68適用于感測由箭頭描繪的外部磁場74，并且根據特定的設計，通量集中器72被配置用于屏蔽、通量集中或通量重定向目的。傳感器封裝64產生輸出信號76(標記為MAG_OUT)，輸出信號76指示外部磁場74。

為了簡化圖示，磁場傳感器68總體上被示出具有單個磁性感測元件70和單個通量集中器72，并且因此適用于沿著單個軸線感測外部磁場74，并且產生單個輸出信號76。然而，應當理解，傳感器封裝64可適用于沿著不止一個軸線感測外部磁場，諸如傳感器封裝20(圖1)。在此配置中，傳感器封裝64將包括多個磁場傳感器(例如，圖1中所示的X軸磁場傳感器24、Y軸磁場傳感器26和Z軸磁場傳感器28)和多個合適配置的通量集中器，諸如圖2和圖3中所展現的那些通量集中器。此外，根據特定的設計參數，磁場傳感器68可包括任何數量的感測元件70和通量集中器72。

合并在傳感器封裝64中的子系統66包括：被配置成檢測通量集中器72的變更的磁性狀態61或60(圖5和圖6中所例示的)的至少一個檢測器元件78、80、82，被配置成響應于變更的磁性狀態61或60確定何時需要復位動作的處理器84，以及接近通量集中器72定位的載流結構86。載流結構86被用于將復位磁場106施加到通量集中器72，以使 通量集中器72從變更的磁性狀態61或60復位為基線磁性狀態58(圖4)。因此，子系統66監測磁場傳感器封裝內鐵磁性結構的變更的磁性狀態，響應于所監測的數據確定是否需要復位動作，并且僅當需要復位時將復位磁場施加到鐵磁性結構。

子系統66的檢測器元件78包括高場磁性感測元件。因此，在下文中檢測器元件78被稱為高場磁性感測元件78。高場磁性感測元件78對外部磁場74呈現的靈敏度比封裝64的磁性感測元件70的靈敏度更低。通過舉例，磁性感測元件70可被配置成檢測例如明顯小于三十高斯的量值的外部磁場74。然而，高場磁性感測元件78可能被配置成僅當外部磁場74超過磁場閾值時才能檢測到外部磁場74。該磁場閾值可以對應于例如大約三十高斯或更大的磁性震動事件的預期量值。

當外部磁場74超過預定磁場閾值時，高場磁性感測元件78產生在圖7中標記為MAG_HF的輸出信號88。輸出信號88指示可能已經足以變更通量集中器72的磁性狀態的外部干擾場(例如，磁性震動事件)。因此，輸出信號88的存在提供了對通量集中器72的可能的或者預測的磁性狀態的“檢測”。輸出信號88被傳送到處理器84。處理器84響應于接收到輸出信號88執行復位動作確定過程90，以確定是否需要復位動作，如下面將更詳細地論述。

在平面內感測方向(例如，圖2中所描繪的X軸36和Y軸38)上，通過增加自由層的磁偏，在隧道磁阻(TMR)配置中可以有效地降低高場磁性感測元件78的靈敏度。通過減小與永久磁體的間距，可以增加自由層的磁偏。可替換的是，在平面內感測方向上，通過增加鐵磁性層對高場磁性感測元件78的屏蔽，可以有效地降低靈敏度。在平面外方向(例如，圖3中所描繪的Z軸40)上，高場磁性感測元件78的TMR配置可以使用通量集中器或霍爾傳感器以實現合適的靈敏度。

子系統66的檢測器元件80包括于處理器84中，并且在下文中被稱為噪聲檢測器80。噪聲檢測器80可以是適用于從磁性感測元件70接收標記為MAG的一個或多個輸出信號92且檢測一個或多個輸出信號92上的噪聲分量的軟件、硬件或軟件和硬件的組合。執行復位動作確定 過程90的處理器84可以在輸出信號92上的噪聲分量超過噪聲閾值時確定是否需要復位動作，如下面將更詳細地論述。

子系統66的檢測器元件82包括磁性狀態傳感器94和參考傳感器96，并且在下文中檢測器元件82被稱為通量集中器狀態傳感器82。磁性狀態傳感器94是接近通量集中器72定位的磁場傳感器。磁性狀態傳感器94被配置成檢測通量集中器72的磁性狀態。參考傳感器96也是磁場傳感器。然而，參考傳感器96被移離通量集中器72，并且因此檢測不到通量集中器72的磁性狀態。相反，參考傳感器96檢測環境磁場。如下面將更詳細地論述，由狀態傳感器系統82提供標記為MAG_STATE的狀態信號98。狀態信號98指示磁性狀態傳感器94和參考傳感器96之間的磁性極化的差值。因此，狀態信號98提供通量集中器72的變更的磁性狀態61(圖5)的直接指示。狀態信號98被傳送到處理器84。執行復位動作確定過程90的處理器84可以在狀態信號98超過差閾值或者超出預定范圍時確定是否需要復位動作，如下面將更詳細地論述。

因此，合并在傳感器封裝64中的損壞檢測和復位子系統66包括一些檢測器元件，該檢測器元件監測環境(暴露)狀況、磁性傳感器輸出自身和磁性傳感器的關鍵鐵磁性結構部件的狀態。更尤其是，高場磁性感測元件78可以被實施用于指示通量集中器72可能經受磁性損壞的高磁場干擾事件(例如，磁性震動事件)的直接檢測。在處理器84處實施的噪聲檢測器80直接監測磁性傳感器輸出中的指示鐵磁性結構的磁性損壞的噪聲級。并且，緊密地耦接到鐵磁性結構的一部分的狀態傳感器系統82的磁性狀態傳感器94與參考傳感器96一起提供鐵磁性結構的磁性狀態的直接監測。

為了說明的目的，圖7的實施例包括三個檢測器元件78、80、82。然而，可替代的實施例可以包括對于通量集中器72的磁性損壞的單個監測模式或兩個監測模式的任何合適的組合。

子系統66的處理器84可以被并入作為磁場傳感器封裝64的ASIC或微控制器的一部分。處理器84可以實行包括但不限于信號調節和數據管理、穩定控制、橋接/輸出多路復用、自測試、靜電放電(ESD)保護 等的傳感器封裝64的一些或所有功能以產生輸出信號76。另外，處理器84被配置成執行復位動作確定過程90，以便通過適當的輸入信息融合來積累和分析來自檢測器元件78、80、82的信息。執行復位動作確定過程90的處理器84另外被配置成推斷是否已經發生使性能變更的磁性震動事件，并且確定何時觸發復位動作以使通量集中器72從變更后的磁性狀態61或60(圖5和圖6中所例示的)中的任一種狀態復位回到基線磁性狀態58(圖4)。雖然示出了單個ASIC/MCU 84，但應當理解，傳感器封裝64可包括適用于實行各種功能以及執行復位動作確定過程90的多個處理器。

當在處理器84處作出需要復位動作的確定時，處理器84將內部復位觸發100傳送到電源102。電源102可以包括電池、磁場傳感器封裝64的外部電力連接，和/或用于管理和提供電力的控制電路。響應于內部復位觸發100，電源102被配置成將標記為I_RESET的直流(DC)電復位電流104施加到載流結構86。復位電流104在載流結構86處生成復位磁場106，并且復位磁場106的矢量分量被施加到通量集中器72，以便反轉磁化朝向和/或消除任何磁疇壁62或通量集中器72的磁性狀態中的其它缺陷(如圖5和圖6中所例示的)。

復位電流104是被配置成生成復位磁場106的非脈沖或脈沖電流，使得復位磁場106的矢量分量有足夠的量值和適當的朝向，以使通量集中器72從變更的磁性狀態復位回到通量集中器72的基線磁性狀態58(圖4)。在一些實施例中，復位磁場106的量值可以是大約三十高斯。在其它實施例中，量值可以是大約一百高斯。并且在其它實施例中，量值可以是在大約三十高斯和大約一百高斯之間的某個值。在其它實施例中，量值可以是小于三十高斯，以及大于一百高斯。

在實施例中，載流結構86可以是接近通量集中器72定位的連續線圈結構。例如，載流結構86可以被定位在距通量集中器72大約5微米的距離內，不過該距離也可以更大或者可以更小。另外，根據最適合于將復位磁場106施加到通量集中器72的特定的設計，載流結構86可以具有各種形狀、尺寸和數量的線圈。應另外觀測到，在一些實施例中， 視情況可以經由外部復位觸發108觸發電源102，以基于固定計劃定期地或當用戶手動啟動復位時將復位電流104提供給載流結構86。

參考圖7和圖8，圖8示出例示可以導致或以其它方式引起通量集中器72的變更的磁性狀態的磁性震動事件120的直接檢測的圖表110。損壞檢測和復位子系統66的高場磁性感測元件78被用于直接檢測磁性震動事件120。磁性震動事件120的檢測指示通量集中器的變更的磁性狀態的概率。應當記得，高場磁性感測元件78被配置成呈現相對低的靈敏度，使得高場磁性感測元件78檢測不到外部磁場74，除非外部磁場74的量值超過預定閾值112。

如圖表110中所示，由于高場磁性感測元件78對外部磁場74的靈敏度較低，所以高場磁性感測元件78通常感測外部磁場74大約為零。然而，如另外所示的，在時間“Tl”114，高場磁性感測元件78產生輸出信號88。輸出信號88的量值超過閾值112。另外，在被確定為具有足以變更通量集中器72的磁性狀態的持續時間118的從時間“Tl”114到時間“T2”116，輸出信號88可以超過閾值112。在持續時間118中輸出信號88從零到超過閾值112的量值的該改變標志著可能導致通量集中器72從基線磁性狀態58(圖4)變更磁性狀態的高場干擾事件，即，磁性震動事件120。響應于磁性震動事件120的直接檢測，執行復位動作確定過程90可以引起產生內部復位觸發100、提供復位電流104到載流結構86和生成復位磁場106，以使通量集中器72復位回到基線磁性狀態58。

結合圖7參考圖9和圖10，圖9示出例示施加于磁場傳感器封裝64的一個或多個磁性感測元件70的輸出信號92上的基線噪聲分量124的圖表122，并且圖10示出例示對于來自磁性感測元件70的輸出信號92中的噪聲級的直接監測的圖表126，該噪聲級指示通量集中器72的磁性損壞。

如先前所提到的，處理器84的噪聲檢測器80適用于從一個或多個磁性感測元件70接收標記為MAG的一個或多個輸出信號92且檢測一個或多個輸出信號92上的噪聲分量。如一般在圖表122中所示的，輸出 信號92上的基線噪聲分量124(X軸、Y軸和Z軸)低于噪聲閾值128。然而，如圖表126中所示，用于Z軸磁場感測的輸出信號92的噪聲分量130超過噪聲閾值128。超過噪聲閾值128的該噪聲分量130指示磁性震動事件導致的通量集中器72的磁性損壞。響應于噪聲分量130超過噪聲閾值128，執行復位動作確定過程90可以引起產生內部復位觸發100、提供復位電流104到載流結構86和生成復位磁場106，以使通量集中器72復位回到基線磁性狀態58(圖4)。

結合圖7參考圖11和圖12，圖11示出狀態傳感器系統82直接監測通量集中器72的磁性狀態的實施方式的簡化的俯視圖，并且圖12示出具有通量集中器72的狀態傳感器系統82的簡化的橫截面側視圖。在圖11的圖示中，磁性狀態傳感器94位于通量集中器72之下。因此，由于從圖11中的視野來看磁性狀態傳感器94被遮擋，所以用虛線圖示出磁性狀態傳感器94。如圖11的圖示中另外示出的，參考傳感器96被空間上移離通量集中器72。

圖11和圖12被例示以顯示相對于基線磁性狀態的響應發生在外部磁場74內的干擾事件的通量集中器72的變更的磁性狀態。為此，由點線表示的第一磁場路徑132表示變更的磁性狀態61(圖5)，并且由虛線表示的第二磁場路徑134表示基線磁性狀態58(圖4)。作為比較的基礎，且為了簡化圖示，第一磁場路徑132和第二磁場路徑134都出現在圖11中。然而，如上面結合圖4和圖5所論述的，通量集中器72將或者處于基線磁性狀態58或者處于變更的磁性狀態61。相對于跟蹤外部干擾場(例如，磁性震動事件)的參考傳感器96，磁性狀態傳感器94適用于檢測例如由第一磁場路徑132和第二磁場路徑134例示的通量集中器72的磁性狀態。

現在參考圖13和圖14，圖13示出例示狀態傳感器系統82(圖11)的狀態傳感器94、96上的磁場的量值的空間變化的圖表136，并且圖14示出例示使用狀態傳感器系統82在剩磁事件之前和之后的磁場的量值的時間曲線的圖表140，狀態傳感器系統82包括磁性狀態傳感器94和參考傳感器96(參見圖11)。

如圖表136中所示，第一空間曲線138顯示如在磁性狀態傳感器94處感測的通量集中器72的標記為B_Y-BASELINE的基線磁性狀態58(對應于圖11的第二磁場路徑134)。第一空間曲線138落入在遠離通量集中器72隔開距離“X”的參考傳感器96處感測的環境磁場范圍144內。也就是說，如由第一空間曲線138表示的基線磁性狀態58表示當通量集中器72尚未經受干擾磁場時通量集中器72的磁性極化。

如圖表136中另外所示的，第二空間曲線142表示如在磁性狀態傳感器94處感測的通量集中器72的標記為B_Y-PERMED的變更的磁性狀態61(對應于圖11的第一磁場路徑132)。第二空間曲線142也落入在遠離通量集中器72隔開距離“X”的參考傳感器96處感測的環境磁場范圍144內。因此，第二空間曲線142被呈現以顯示剩磁事件，在剩磁事件中，處于變更的磁性狀態61中的通量集中器72的磁性極化可以與處于基線磁性狀態58中的通量集中器72的磁性極化相反。

因此，如在磁性狀態傳感器94處檢測的，處于變更的磁性狀態61中的通量集中器72的磁性極化與處于基線磁性狀態58中的通量集中器72的磁性極化相反。例如，處于變更的磁性狀態61中的磁場的量值與處于基線磁性狀態58中的磁場的量值可以近似相等，但在方向上相反。然而，不論通量集中器72是處于變更的磁性狀態61中還是處于基線磁性狀態58中，在參考傳感器96處感測的磁場將一般是相等的。因此，在磁性狀態傳感器94處感測的磁性極化和在參考狀態傳感器96處感測的磁性極化之間的差值提供了相對于基線磁性狀態58的變更的磁性狀態61的指示。該差值可以作為狀態信號98(圖7)被傳送到處理器84(圖7)。

如圖14的時間曲線中所示，在磁性震動事件146之前，在磁性狀態傳感器94處感測的磁場148的量值指示通量集中器72處于基線磁性狀態58中。然而，在磁性震動事件146之后，在磁性狀態傳感器94處感測的磁場148的量值現在指示通量集中器72處于變更的磁性狀態61中。相比之下，在相同的時間段內在參考傳感器96處測量的磁場149的量值保持在環境磁場范圍144內。因此，圖表140顯示響應于發生在 相同的時間點處的磁性震動事件146已經引起剩磁效應(這種效應可能在傳感器輸出中產生偏移移位)的狀況。響應于經由狀態信號98(圖7)檢測到變更的磁性狀態61，執行復位動作確定過程90可以引起產生內部復位觸發100、提供復位電流104到載流結構86和生成復位磁場106，以使通量集中器72復位回到基線磁性狀態58(圖4)。

參考圖7和圖15，圖15根據另一個實施例示出在損壞檢測和復位子系統66內執行的復位動作確定過程90的流程圖。一般而言，實行通量集中器復位過程90以檢測磁場傳感器封裝內鐵磁性結構的變更的磁性狀態，響應于所監測的數據確定是否需要復位動作，以及僅當需要復位時將復位磁場施加到鐵磁性結構。

在包括三個檢測器元件例如高場磁性感測元件78、噪聲檢測器80和狀態傳感器系統82的傳感器封裝(例如，傳感器封裝64)中實行過程90。來自三個檢測器元件78、80、82的所監測的數據可以融合起來以確定是否需要復位動作。在具有多于或少于三個檢測器元件的可替代的實施例中，基于組合的接收到的所監測的數據，可以作出是否需要復位動作的確定。

在過程90的框150處，子系統66直接和/或間接監測通量集中器72的磁性狀態和/或預測的磁性狀態。更尤其是，在處理器84處接收到來自檢測器元件(例如，高場磁性感測元件78、噪聲檢測器80和狀態傳感器系統82)的數據。響應于接收到所監測的數據，查詢框152確定是否可以推斷出通量集中器72的變更的磁性狀態。在具有三個檢測器元件的示例性實施例中，響應于下面的情況，可以檢測到通量集中器72的變更的磁性狀態：1)接收到來自高場磁性感測元件78的輸出信號88，和/或2)接收到來自磁場傳感器封裝62的磁性感測元件70的輸出信號92，和/或接收到狀態信號98。

在查詢框152處，當所監測的數據落入正常范圍內時，可以推斷出通量集中器72處于它的基線磁性狀態58(圖4)中。因此，過程控制循環回到框150以繼續監測通量集中器72的磁性狀態。然而，當所監測的數據中的至少一些超出正常范圍時，可以推斷出通量集中器72可以處于 變更的磁性狀態61和60(圖5和圖6)中的任一狀態。因此，過程90進行到查詢框154。

在查詢框154處，響應于變更的磁性狀態，處理器84確定是否需要復位動作。也就是說，通過將來自高場磁性感測元件78、來自檢測器元件80和來自狀態傳感器系統82的所監測的數據融合，處理器84可以作出智能的確定。在實施例中，處理器84確定1)在高場磁性感測元件78處檢測的輸出信號88是否超過閾值112(圖7)，和/或2)來自磁性感測元件70的輸出信號92中的噪聲分量130(圖9)(如由檢測器元件80確定的)是否超過噪聲閾值128(圖9)，和/或3)表示磁性狀態傳感器94和參考傳感器96之間的磁性極化的差值的狀態信號98是否超過差閾值。

當處理器84確定不需要復位動作時，過程控制循環回到框150以繼續監測通量集中器72的磁性狀態。然而，當處理器84響應于所監測的數據確定需要復位動作時，過程90在框156處繼續。在框156處，處理器84產生內部復位觸發100。內部復位觸發102被傳送到電源102，并且電源100將復位電流104傳送給載流結構86。

在框158處，響應于在載流結構86處接收到復位電流104，復位磁場106被施加到通量集中器72。也就是說，復位電流104生成圍繞載流結構86的導電段的復位磁場106。足夠的磁通量密度量值和恰當朝向的復位磁場106的矢量分量經由載流結構86被施加到通量集中器72，以便使通量集中器72的磁性極化從變更的磁性狀態60復位回到它的基線磁性狀態58(圖4)。復位磁場106的矢量分量應該滿足或超過足以使通量集中器72的磁性極化復位(即“清除”通量集中器72的磁性極化)的磁通量密度的最小閾值水平，以產生穩定的基線磁性狀態58(圖4)。

在通量集中器72從變更的磁性狀態61(圖5)被復位為磁性狀態和/或被復位為凈化疇壁62(圖6)以便返回到基線磁性狀態58(圖4)之后，電源102可以中斷提供復位電流104，并且傳感器封裝64內具有通量集中器72的磁性感測元件70可以被用于感測外部磁場74。其后，過程控制循環回到框150以繼續監測通量集中器72的磁性狀態和/或預 測的磁性狀態。

圖16根據另一個實施例示出傳感器封裝160的框圖。傳感器封裝160包括也被包括在傳感器封裝64(圖7)中的很多部件。這些部件包括磁性感測元件70、通量集中器72、高場磁性感測元件78、檢測器元件80、狀態傳感器系統82、處理器84、載流結構86和電源102。本文中將不再重復與上面結合傳感器封裝64描述的部件相同的部件和它們的功能的細節。

傳感器封裝160相對于傳感器封裝64的主要區別是傳感器封裝160包括獨立的第二通量集中器162，用作通量集中器72的代理。因此，狀態傳感器系統82監測第二通量集中器162的磁性狀態。第二通量集中器162的變更的磁性狀態表示通量集中器72的變更的磁性狀態。因此，第二通量集中器162的變更的磁性狀態的確定可以被用于確定通量集中器72和第二通量集中器162是否要被復位。

應當理解，可以彼此并行地或者可以與實行其它過程并行地實行圖15中所描繪的過程框中的某些過程。此外，應當理解，圖15中所描繪的過程框的特定排序可以被修改，而實現基本上相同的結果。因此，此類修改旨在被包括在本創造性的主題的保護范圍內。此外，雖然上面結合圖7和圖16描述了特定的系統配置，但是還可以在具有其它架構的系統中實施實施例。這些和其它變化旨在被包括在本創造性的主題的保護范圍內。

因此，已經描述了具有損壞檢測和復位子系統的傳感器封裝以及用于檢測鐵磁性結構的磁性狀態的損壞和使鐵磁性結構復位為基線磁性狀態的方法的各種實施例。在具有鐵磁性結構的傳感器封裝中的方法的實施例，鐵磁性結構由基線磁性狀態表征，其中該方法包括檢測鐵磁性結構的變更的磁性狀態，該變更的磁性狀態與基線磁性狀態不同。該方法另外包括響應于變更的磁性狀態，在傳感器封裝內的處理器處確定何時需要復位動作，并且經由接近鐵磁性結構定位的載流結構將復位磁場施加到鐵磁性結構，以將該鐵磁性結構復位為基線磁性狀態。

傳感器封裝的實施例包括磁場傳感器，該磁場傳感器包括磁性感測 元件和接近該磁性感測元件的鐵磁性結構，該鐵磁性結構由基線磁性狀態表征。該傳感器封裝另外包括合并在該傳感器封裝中的子系統。該子系統包括檢測器元件、處理器和載流結構，該檢測器元件被配置成檢測鐵磁性結構的變更的磁性狀態，該變更的磁性狀態與基線磁性狀態不同，該處理器被配置成響應于該變更的磁性狀態確定何時需要復位動作，該載流結構接近該鐵磁性結構定位，該載流結構被用于將復位磁場施加到該鐵磁性結構，以將該鐵磁性結構復位為基線磁性狀態。

上面所論述的方法和傳感器封裝以及其創造性的原理使得能夠檢測磁場傳感器封裝中鐵磁性結構的磁性狀態的損壞和將鐵磁性結構復位為基線磁性狀態。傳感器封裝內的損壞檢測和復位子系統確保磁場傳感器在下面的方面是“智能的”：它直接檢測或者以其它方式預測造成損壞的磁性震動事件，和/或檢測磁性震動事件對鐵磁性結構的磁化狀態的影響，和/或檢測磁性震動事件對磁場傳感器的輸出的影響。在子系統內分析所監測的數據以確定是否啟動復位動作和何時啟動復位動作。因此，當需要復位時施加復位動作，而不是基于設置好的計劃定期觸發復位動作或依靠外部事件來觸發復位動作，從而實現節省電力消耗。

本公開旨在解釋如何根據本發明形成和使用各種實施例，而不是限制本發明的真實的、期望的和合理的保護范圍和精神。以上的描述并不旨在是詳盡無遺的或者將本發明限制到公開的精確形式。按照上面的教導內容修改或變化是可能的。選擇并描述一個或多個實施例以提供本發明的原理和它的實踐應用的最佳的說明，并且使本領域的技術人員能夠在各種實施例中和借助于適于所設想的特定用途的各種修改來利用本發明。當根據公平地、合法地且公正地賦予所附權利要求書的寬度來解釋時，所有此類修改和變化及其所有等效物均處于如由所附權利要求書所確定的本發明的范圍內，并且在本專利申請未決期間可以修正。