磁场成像系统的制作方法
【专利说明】磁场成像系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月12日提交的名称为“MAGNETIC SENSOR” (磁传感器)的美国临时专利申请N0.61/778，326的优先权权益；其每一者在不与本文的公开内容不一致的程度下以引用方式并入。
【发明内容】
[0003]根据一个实施例，磁场成像仪包括:传感器基板，其包括顶部表面和底部表面；多个磁传感器，其布置在阵列中并设置在传感器基板的底部表面之下或上；以及微控制器，其设置在传感器基板上并被配置成控制多个磁传感器的感测。数据接口可操作地耦合到微控制器并被配置成使得能够在微控制器与磁场分析电路之间进行数据通信。
[0004]根据一个实施例，生成对应于磁场的图像的方法包括:操作在磁传感器阵列中的多个磁传感器以生成对应于与磁传感器中的每一个一致的磁场强度的相应多个数据值，将所述多个数据值传递到磁场分析电路，通过磁场分析电路生成对应于所述多个数据值的磁场图像，以及输出磁场图像。
【附图说明】
[0005]图1根据一个实施例的磁场成像仪的示意图。
[0006]图2是根据一个实施例的图1的磁场传感器的实施例的侧面剖视图。
[0007]图3A是根据一个实施例的响应于第一近场磁场模式的图1的磁场分析电路的第一磁图输出。
[0008]图3B是根据一个实施例的响应于第二近场磁场模式的图1的磁场分析电路的第二磁图输出。
[0009]图4是根据一个实施例的包括图像传感器的磁场成像仪的框图。
[0010]图5是根据一个实施例的显示生成对应于磁场的图像的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0011]在以下【具体实施方式】中，参考形成本文一部分的附图。除非在上下文中另外指明，否则在附图中类似的符号通常表示类似的部件。在不脱离本发明的精神或范围的前提下，可采用其他实施例和/或可进行其他更改。
[0012]如本文所用，术语“底部表面”和“顶部表面”是相对的。传感器基板可在边缘倾斜，例如，这将导致底部表面在基板的一侧上而顶部表面在基板的相对侧上。一般来讲，术语“底部表面”是指旨在指向磁场源的表面，而术语“顶部表面”是指旨在远离磁场源的表面。在自动化电路测试设备(ATE)系统中，使所测试的电路板水平呈现给磁成像系统，该系统朝着受测电路板向下“看”，因而这样选择术语。出于确定范围的目的，发明人的意图是，术语“顶部表面”和“底部表面”(及相关术语，诸如“之上”和“之下”)将被一般解释为基板的相对表面，该表面旨在相应地远离和指向待检测和表示以观察或进一步处理的磁场源。
[0013]如本文所用的术语“磁场图像”是指穿过和跨过设置在磁传感器阵列中的若干磁强计的每一个的磁场强度的图形表示。示意性图解说明包括表面图或热图。磁场图像可使用样条函数以形成跨越阵列中磁传感器之间的间隙的连续图像而生成。
[0014]图1是根据一个实施例的磁场成像仪100的示意图。磁场成像仪100包括传感器基板102。传感器基板102限定顶部表面104和底部表面106。多个磁传感器108布置在阵列110中。多个磁传感器108可设置在传感器基板102的底部表面106之下或上。在一个实施例中，多个磁传感器包括多个标量磁强计。在另一个实施例中，多个磁传感器包括多个矢量磁强计。
[0015]微控制器112也可设置在传感器基板102上。微控制器112被配置成控制多个磁传感器108的感测。数据接口 114可操作地耦合到微控制器112并被配置成在微控制器112与磁场分析电路116之间提供数据通信接口。
[0016]磁场成像仪100可被配置成在无低温冷却的情况下操作。例如，磁场成像仪100被配置成在无冷却、仅有传导冷却、仅有对流冷却或仅有传导和对流冷却的正常室内环境条件下操作。
[0017]多种类型的磁传感器108可用在磁传感器阵列110中。一般来讲，磁传感器108作为磁强计操作，并可被配置为标量或矢量(例如，3轴)磁强计。可根据例如系统对灵敏度、捕获时间、成本和传感器密度的要求而选择磁传感器技术。
[0018]根据多种实施例，磁传感器108可包括自旋电子传感器、无自旋交换弛豫(SERF)磁强计、磁阻传感器、磁感传感器、磁通门磁强计和/或霍尔效应磁强计。根据多个实施例，磁传感器108包括非低温冷却的传感器，其磁场灵敏度比地球磁场强度低至少两个数量级。
[0019]图2是根据一个实施例的图1的磁场传感器的实施例200的侧面剖视图。传感器基板102可包括印刷电路板118。微控制器112可设置在印刷电路板118的顶部表面104上。多个磁传感器108可设置在印刷电路板118的底部上或附近以感测下面的近场电磁特征，并可与印刷电路板118的底部间隔开。
[0020]多个磁传感器108可设置在多个传感器模块202中，这些模块物理耦合到印刷电路板118的底部。多个传感器模块202中至少一部分的每一个可包括传感器模块。传感器模块可被配置成响应于沿着至少三条轴的磁场而感测局域磁场。多个传感器模块202中的每一个可包括X轴磁传感器204、Y轴磁传感器206、Z轴磁传感器208和集成电路控制器210。集成电路控制器210可包括专用集成电路(ASIC)或其他可编程电路。专用集成电路(ASIC)或其他可编程电路可被配置成与微控制器112以及与传感器模块上的多个磁传感器 204、206、208 连接。
[0021]例如，每个传感器模块可以是由美国加利福利亚州圣罗莎的PNI传感器公司(PNISensor Corporat1n of Santa Rosa，California，USA)生产的型号为 RM3000F 的传感器模块。又如，每个传感器模块可以是可得自美国德克萨斯州奥斯丁的飞思卡尔半导体公司(Freescale Semiconductor Inc.0f Austin，Texas，USA)的磁传感器模块。又如，每个传感器模块可以是诸如可得自瑞士日内瓦的意法半导体(STMicroelectronics of Geneva,Switzerland)的LIS3MDL型的磁传感器模块。
[0022]传感器基板102可包括设置在磁传感器阵列之上的接地层212。电源层214可设置在接地层212之上。一个或多个信号层216可设置在电源层214之上。绝缘层217通常设置在传感器基板102的表面上和传导层212、214、216、216之间。至少接地层212可被配置成将磁传感器阵列与从微控制器112传导的电磁信号屏蔽开。
[0023]磁场成像仪100根据一个实施例可包括磁屏蔽218。磁屏蔽218可设置在传感器基板102之下或传感器基板102的底部表面106上。多个磁传感器204、206、208可设置在磁屏蔽218之下。磁屏蔽218可包含mu-metal (高导磁合金)。除了 mu-metal之外或作为另外一种选择，可以使用多种磁屏蔽材料。例如，可单独使用或组合使用的磁屏蔽材料包括Co-Netic、supermalloy (超透石兹合金)、supermumetal (超导石兹合金)、nilomag、sanbold、钼坡莫合金、Sendust、M-1040、Hipernom、HyMu-80 和 Amumetal0
[0024]参见图1和图2，多个磁传感器204、206、208可被布置为传感器模块。每个传感器模块可被配置成感测沿着多条感测轴的局域磁场。
[0025]多个磁传感器204、206、208可被布置为多个传感器模块202。微控制器112可被配置成一次仅使一个传感器模块操作以感测与每个相应传感器模块一致的相应局域磁场。微控制器112可被配置成当传感器模块正在操作以感测局域磁场时暂停读写操作。除此之外或作为另外一种选择，微控制器112可被配置成暂停读写操作直到正在操作的传感器模块切换接口针脚或直到发生超时。
[0026]多个磁传感器204、206、208可被布置为多个传感器模块202。微控制器112可通过串行外围设备接口总线可操作地耦合到每个传感器模块。
[0027]微控制器112可被配置成一次仅使多个磁传感器204、206、208中的一个磁传感器或一组磁传感器检测相应的局域磁场。
[0028]磁成像仪可被配置成在约100毫秒或更短的时间内检测电磁图像。
[0029]数据接口 114可包括通用串行总线(usb)端口。磁成像仪可被配置为usb端口上的外围设备。微控制器112可被配置成当微控制器112导致磁传感器或磁传感器模块检测局域磁场时断开usb端口的数据线与从usb端口接收的电源或接地之间的导通。
[0030]将usb端口的数据线与电源或接地断开可用于使主机作为磁场分析电路116操作以停止通过USb端口进行数据传输。这可用于减小从主机传导的信号干扰磁场检测的机会。
[0031]磁传感器108的阵列110可包括2X2或更大的阵列大小。磁传感器可布置在模块中，而每个模块包括多条检测轴。2X2或更大的阵列包括2X2阵列模块。除此之外或作为另外一种选择，磁传感器阵列可包括4X4或更大的阵列大小。
[0032]微控制器112可包括具有引导ROM和RAM的ARM Cortex M3。根据一个实施例，磁成像仪可包括被配置成从5V降至3.3V的线性稳压器。可屏蔽线性稳压器。
[0033]可提供传感器阵列选择器(其可例如包括跳线阵列)以向微控制器112提供关于