XMR信號的倍頻的制作方法與工藝

本發明涉及磁阻(xMR)傳感器，尤其涉及提高基于xMR的傳感器信號的頻率。

背景技術：
在速度和角度傳感器中需要高精度。對于速度傳感器，需要對換能器輪(transducerwheel)進行高度精確的采樣以便得到最佳角分辨率。在極輪(polewheel)作為換能器輪的情況下，在一定輪盤直徑下增加極數可以支持分辨率增強，但是要以犧牲磁場并且由此犧牲工作距離為代價。對于基于角度傳感器的速度傳感器，例如采用“頂部讀取(topread)”配置的xMR傳感器，其中傳感器位于極輪的正面上以使得旋轉場向量被檢測，倍頻可用于克服AMR和GMR/TMR傳感器之間的兼容性問題。AMR角度傳感器表現出同有的180度唯一性(uniqueness)，而GMR和TMR傳感器具有360度唯一性，也就是說，在旋轉磁場中360度的旋轉對于GMR/TMR角度傳感器，導致輸出信號的單個周期，以及對于AMR角度傳感器，導致兩個周期。利用GMR/TMR角度傳感器的倍頻，AMR傳感器可很容易地由GMR/TMR傳感器替代而不改變相關信號評估電路。對于角度傳感器而言，通常需要高精度和高分辨率，至少在有限范圍內。傳統的解決方案存在缺點。例如，一些速度傳感器使用數字脈沖倍增技術，其涉及外部磁場上的輸出信號的增量插補。這種方法的缺點是復雜電路以及需要全磁場周期以實現插補和倍增，這對于小角度范圍行不通。其他磁阻速度傳感器以“頂部讀取”配置結合磁極輪而使用AMR角度傳感器固有的倍頻屬性，其也存在關于較小信號大小的缺點。因此，需要改進的速度和角度傳感器。

技術實現要素：
實施例涉及磁阻傳感器。在一個實施例中，一種傳感器系統包括磁場源；磁阻傳感器，其配置為提 供與磁場源相關的輸出信號，該輸出信號具有頻率；以及電壓源(voltagesupply)，其耦合至傳感器元件以提供具有與傳感器元件輸出信號的頻率相同的頻率的已調供給電壓(supplyvoltage)。在一個實施例中，一種方法，包括提供具有對外部磁場的響應的傳感器；以及向傳感器提供供給電壓，該供給電壓具有與傳感器的響應基本相同的頻率。在一個實施例中，一種傳感器系統包括磁阻傳感器，該磁阻傳感器包括第一傳感器元件配置和第二傳感器元件配置；以及電壓源，其耦合至傳感器以將由第二傳感器元件配置的輸出信號所調制的供給電壓提供給第一傳感器元件配置。在一個實施例中，一種用于測量旋轉磁場的參數的傳感器系統包括第一磁阻(xMR)傳感器電橋；以及第二xMR傳感器電橋，其中，該第一和第二xMR傳感器電橋彼此耦合，以使得從第一xMR傳感器電橋抽出(tap)的信號的頻率是旋轉磁場的頻率的兩倍。在一個實施例中，一種用于確定磁場的旋轉的至少一個參數的傳感器系統，其包括磁阻(xMR)傳感器電橋布置，該磁阻傳感器電橋布置包括第一和第二xMR傳感器電橋，其被配置為使得xMR傳感器電橋布置的模擬輸出信號具有磁場的旋轉頻率兩倍的信號頻率。附圖說明考慮結合與附圖有關的對本發明各個實施例的下述詳細描述，可更加完全地理解本發明，其中：圖1描述了根據一個實施例的傳感器設備和極輪。圖2描述了根據一個實施例的傳感器的示意圖。圖3描述了根據一個實施例的傳感器的示意圖。雖然本發明適于各種修改和替代形式，其具體內容已經通過示例的方式顯示在附圖中以及將進行詳細說明。然而應當理解的是，并不意在將本發明限制于所描述的特定實施例。相反，目的是要涵蓋落入由所附權利要求限定的本發明精神和范圍內的所有修改、等價形式和替代形式。具體實施方式實施例涉及傳感器，例如速度傳感器和角度傳感器，其使用已調供給電壓來使傳感器的輸出信號大致加倍，這是由于傳感器元件和供給電壓表現出相同 的頻率。在實施例中，傳感器元件為xMR元件，而且已調供給電壓在芯片上產生，例如由另一個xMR元件產生。因此可獲得傳感器元件的輸出信號的直接倍頻而不需額外和復雜的電路或信號處理。圖1描述了傳統速度傳感器和極輪系統100。系統100包括速度傳感器102和極輪104。速度傳感器102包括xMR結構106，例如GMR，其具有兩個間隔開的惠斯登半橋。極輪104的極距或齒距被配置為使得在左、右半橋106處的磁場移動了180度。因此，當極輪106旋轉時，得到了差分輸出信號。在兩個xMR半橋106之間的中間點，相對于在半橋106處的相位，磁場移動了90度。因此，如果左、右半橋106分別輸送sinMR(α)和-sinMR(α)，則惠斯登電橋結構在中間部分輸送信號cosMR(α)，其中α為勵磁磁場的相位。因此，在一個實施例中，諸如速度傳感器和極輪系統或角度傳感器系統之類的傳感器系統包括額外的電橋結構作為傳感器配置的一部分。參見圖2，傳感器系統200的實施例包括左半橋結構202、右半橋結構204和中間電橋結構206。在圖2描述的一個示例中，實施例的中間電橋結構206可包括惠斯登全橋或半橋、電阻或一些其他合適結構。在一個實施例中，其中可獲得用于所有GMR元件的一個參考磁化方向，中間電橋206被配置為具有兩個阻值類似的固定電阻的半橋。圖2中的箭頭指示GMR自旋閥疊層的參考層磁化，其在實施例中全部是相同的以提供一種成本有效的晶片級磁化過程。在實施例中，來自中間電橋結構206的信號通過放大器208反饋給左右電橋結構202和204中的每一個，這樣Vsupply變成gxVcos(α)，其中g為放大器208的放大系數。給定sin(α)×cos(α)＝１/2sin(2α)，新電橋輸出信號為：其中，dRMRMiddle/RMRMiddle和dRMRSpeed/RMRSpeed分別表示中間206和左/右202/204惠斯登電橋的xMR輸出靈敏度，并且VDD為中間惠斯登電橋的供給電壓。通過這一措施，新的輸出信號遵循sin(2α)的特性而不是sin(α)。也就是說，倍頻的信號由速度感測惠斯登電橋200自身以簡單的方式產生并且不需要復雜的電路。在圖3中示出了另一實施例。傳感器系統300包含，帶有差分輸出Vsin和 Vcos的標準GMR/TMR角度傳感器布局的惠斯登電橋元件302，結合額外的輸送信號V’sin的惠斯登電橋元件304。圖3中的箭頭指示GMR/TMR自旋閥疊層的參考層的磁化方向。通常地，假定具有角度α的外部旋轉磁場，當施加恒定的供給電壓給傳感器電橋時，信號Vsin和Vcos遵循sin(α)和cos(α)的特性。通過反正切計算，可以確定具有360度唯一性的外部磁場角度。根據實施例，額外的惠斯登電橋304輸送像sin(α)(或者像cos(α))的輸出信號，其由放大系數為g的放大器306來放大。給定sin’(α)xcos(α)＝1/2sin(2α)和sin’(α)xsin(α)＝-1/2cos(2α)+1/2，當V’sin信號在放大后被反饋到角度傳感器雙惠斯登電橋302的供給輸入時，sin(α)和cos(α)輸出信號遵循cos(2α)和sin(2α)的特性。由于輸出信號之一受到偏移(sin’(α)xsin(α)＝-1/2cos(2α)+1/2)，可進行校準，并在實施例中只進行一次。此外，sin和cos電橋的符號中的差異應考慮在內。而且，唯一計算出的角度值的角度范圍被減半，這在某些應用中是一個缺點。這在實施例中可通過關掉已調供給電壓并且將其替換成恒定的供給電壓VDD來解決。在圖3中，開關308提供該切換能力。如果使用GMR結構，這使得傳感器300能夠保持完整的360度角度唯一性，并且具有增強的角度分辨率。通常地，僅傳感器啟動需要360度唯一性，在此之后對180度旋轉的數目計數。因此，在使用期間，供給電壓的切換不會影響傳感器速度。實施例因此提供傳感器元件輸出信號的倍頻而不需要復雜的信號處理。例如，在實施例中包括第一和第二xMR傳感器電橋，所述電橋互相耦合，以使得從第一傳感器電橋抽出的信號的頻率是旋轉外部磁場的頻率的兩倍。在另一示例中，第一和第二xMR傳感器電橋被配置為使得，xMR傳感器電橋布置的模擬輸出信號具有兩倍于外部磁場的頻率的信號頻率。實施例適用于角度和速度感測設備，尤其包括磁阻設備，例如GMR、AMR和TMR。本文已描述了系統、設備和方法的各種實施例。這些實施例僅通過示例給出，并不是意圖要限制發明的范圍。而且應當意識到，已描述的實施例的各種特征可以多種方式結合，來產生多個附加實施例。此外，雖然各種材料、尺寸、形狀、配置和位置等被描述用于所公開的實施例，但在不超出本發明范圍的情況下，也可以利用公開之外的其他參數。相關領域的技術人員將認識到本發明可包括少于前述任一單獨實施例中所示出的特征。本文所描述的實施例并不意味著是本發明的各種特征可以組合的方式的窮舉呈現。因此，實施例不是相互排斥的特征的組合；而是，本領域技術人員可理解，本發明可包括選自不同單獨實施例的不同單獨特征的組合。上述任何通過引用并入的文件被限制為使得與此處明確披露相反的主題沒有被并入。上述通過引用并入的文件被進一步限制為使得所述文件中的權利要求沒有通過引用并入這里。任何通過引用并入的文件被進一步限制為使得在文件中提供的任何定義沒有通過引用并入，除非在此明確包含。為了解釋本發明的權利要求，明確希望不調用35U.S.C的112條第6款的規定，除非在權利要求中記載了特定術語“用于...的裝置”或者“用于...的步驟”。