磁通门磁传感器读出设备的制造方法
【专利说明】磁通门磁传感器读出设备
[0001]本申请案主张2013年8月15日申请且标题为“用于集成磁通门传感器的新颖读出电路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHOD FOR INTEGRATED FLUXGATESENSORS) ”的第61/866，446号美国临时专利申请案以及2013年8月19日申请且标题为“用于集成磁通门传感器的新颖读出电路及方法(A NOVEL READOUT CIRCUIT AND METHODFOR INTEGRATED FLUXGATE SENSORS) ”的第61/867，478号美国临时专利申请案的优先权及权益，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0002]本发明涉及磁传感器且更特定来说涉及用于磁通门磁传感器的经改进传感器读出电路。
【背景技术】
[0003]磁通门磁传感器在多种应用中用于产生表示所检测磁场的对应输出信号，举例来说，用于电流传感器、电子罗盘或数字磁力计装置及位置感测应用。磁通门装置是使用具有激励与感测绕组或线圈的磁芯来构造的，其中用双向信号驱动激励线圈且感测线圈提供可经积分以确定外部磁场强度的输出信号。通常已使用数种不同方法来介接磁通门感测线圈与外部电路以便提供表示所检测外部磁场的输出电压信号或数字值。许多常规传感器读出电路放大输出电压并通过滤波获得平均值，且某些方法采用△- Σ调制器及积分器来产生传感器输出。某些所提议的设计使用取样与保持电路或需要精确时序控制的称为箱车型电路的非线性平均电路来将电压存储于个别箱车型电路的电容器上，借助加法器来测量表示在一系列步长内在感测线圈中的所感应信号的最大值的电压当量。其它磁通门传感器读出电路使用具有低通滤波器的整流器，其中对信号进行滤波且因此贯穿全激励循环或周期对所述信号求平均以便产生与所测量的磁场成比例的经整流电压信号。然而，这些常规方法需要显著量的电路且因此占据集成电路上的宝贵空间，且贯穿全激励循环求平均会降低有效增益。因此，仍不断需要用以提供指示所检测磁场的输出信号同时占据微小集成电路面积而不消耗过量电力的用于磁通门磁传感器的经改进传感器读出设备。
【发明内容】
[0004]本发明提供磁传感器及读出电路，其中解调来自磁通门传感器线圈的信号并将其提供到具有一或多个反馈电容器的跨导或其它放大器以对放大器输出电流进行积分并提供表示所检测磁场的电压信号。通过此配置，提供不需要存在于常规传感器读出电路中的复杂时序与控制电路及滤波的简单、紧凑且低功率传感器读出设备。
[0005]根据本发明的一或多个方面，提供一种磁通门磁传感器读出设备，其包含:解调器电路，其具有根据一或多个切换控制信号操作的开关；及放大器电路，其由放大器及连接于放大器输出与放大器输入之间的至少一个反馈电容构成以提供指示由磁通门磁传感器感测的磁场的电压输出信号。在某些实施例中，可使用单端跨导放大器，或所述放大器可为具有反馈电容器的差分输出跨导放大器，所述反馈电容器个别地连接于对应放大器输出与放大器输入之间以对由跨导放大器提供的差分输出电流进行积分。此外，在某些实施例中，提供复位电路以选择性地将反馈电容放电，且控制电路可选择性地提供复位控制信号以每整数N个感测循环将反馈电容放电，其中N大于或等于I。此外，整数N可根据提供到所述控制电路的信号配置，举例来说，以提供反馈电容可借以对来自多个激励循环的放大器输出电流进行积分以促进感测低水平磁场的可调整增益。在某些实施例中，提供停用电路以选择性地将解调器输入连接在一起以停用传感器读出设备，借此减轻当传感器未被使用时放大器电路对噪声的积分。
[0006]根据本发明的进一步方面提供磁感测设备，其包含:磁通门传感器；激励电路；及传感器电路，其提供具有积分反馈电容的放大器以用于产生表示所感测磁场的输出信号；连同控制电路，其控制从所述激励电路提供到磁通门传感器激励线圈的周期性双向激励波形的时序。本发明的进一步方面提供一种用于介接磁通门磁传感器的传感器接口电路，其包含:激励电路，其用于将周期性双向波形提供到激励线圈；以及传感器读出电路，其具有解调器以及包含放大器及一或多个积分反馈电容的放大器电路。
【附图说明】
[0007]以下描述及图式详细地陈述本发明的某些说明性实施方案，其指示可实施本发明的各种原理的数种示范性方式。然而，所图解说明的实例并非对本发明的许多可能实施例的详尽说明。将在结合图式考虑的以下详细描述中陈述本发明的其它目标、优点及新颖特征，图式中:
[0008]图1是图解说明根据本发明的一或多个方面形成于集成电路的衬底上或中的示范性磁通门磁传感器设备的部分示意性俯视平面图，所述磁通门磁传感器设备包含相关联激励电路及传感器读出电路，所述传感器读出电路具有切换整流器或解调器及具有积分反馈电容器的差分输出放大器；
[0009]图2是图解说明图1的磁传感器设备中的激励、感测及控制信令的波形图；
[0010]图3是图解说明图1的传感器读出电路中的示范性切换解调器电路的部分示意图；
[0011]图4是图解说明具有NMOS差分输入级的示范性差分输出跨导放大器电路实施例的部分示意图；
[0012]图5是图解说明具有PMOS差分输入级的另一示范性差分输出跨导放大器实施例的部分示意图；
[0013]图6是图解说明根据本发明包含传感器读出电路的另一示范性磁通门磁传感器设备的部分示意性俯视平面图，所述传感器读出电路具有解调器以及具有积分反馈电容的单端输出放大器；
[0014]图7是图解说明图6的传感器设备中具有NMOS差分输入级的示范性单端输出跨导放大器电路实施例的部分示意图；且
[0015]图8是图解说明具有PMOS差分输入级的另一示范性单端输出跨导放大器电路实施例的部分示意图。
【具体实施方式】
[0016]下文中结合图式来描述一或多个实施例或实施方案，其中在通篇中使用相似参考编号来指代相似元件，且其中各种特征未必按比例绘制。本发明提供下文中在具有板上磁通门传感器结构的磁通门磁力计集成电路的上下文中图解说明及描述的接口电路及传感器读出设备以及集成磁通门磁传感器。可结合外部磁通门传感器结构或具有不同数目及配置的激励及/或传感器线圈的磁通门传感器来采用本发明的各种方面，且将了解本发明的传感器读出概念并不限于所图解说明的实例。
[0017]首先参考图1，其图解说明提供在某些实施例中形成于半导体衬底4上及/或中的单集成电路解决方案的示范性磁通门传感器设备2，且其包含磁通门磁传感器6、积分传感器读出电路14、激励电路20及控制电路24。示范性磁通门传感器6包含:磁敏感芯8，例如可形成于衬底4上及/或中的高磁导率芯结构8，其中激励绕组或线圈10包含卷绕在芯8的部分上的激励线圈区段10a、10b、10c及1d ;及位于中心的感测绕组12。在所图解说明的实例中，绕组10及12使用衬底组合件4的不同层上的导电部分而围绕芯结构8的对应部分形成，其中在所图解说明的视图中，实线展示在对应芯结构8上方的绕组部分且虚线展示在对应芯结构8下方的绕组部分。在不同实施例中，可使用任何数目个激励与感测绕组10、12。此外，在此实例中，磁敏感芯结构8包含分离双侧对称芯部分8a及Sb的两个纵向相对的间隙Sg。其中不使用间隙Sg的其它设计为可能的，或可提供单个间隙，或者可在芯结构8中包含两个以上此类间隙8g。此外，在所有实施例中，芯部分8a及8b可为但并非需要为对称的。另外，不同实施例中的线圈绕组可呈现许多不同的变化形式，一般来说，所述变化形式不应影响本发明的传感器读出方面，且可在磁通门传感器6上包含额外线圈而对传感器读出电路14并无影响。
[0018]激励电路20可为经由到激励线圈10的相应第一端及第二端的连接18a及18b将AC激励信号18 (例如周期性双向脉冲波形)提供到激励绕组10的任何适合电路。在一个非限制性实施例中，激励电路14为H桥切换电路，其根据来自控制电路24的一或多个时序控制信号22操作以在一系列激励循环中的每一者中将处于正供应电压的正脉冲且接着将处于负供应电压的负脉冲选择性地提供到激励线圈10，优选地在连续交变脉冲之间具有无施加电压的周期。在一个非限制性实例中，激励电路20将交变激励电流波形“ ie”提供到激励绕组10以交替地驱动芯结构8沿相反极性或方向经过磁饱和及去磁，借此在感测线圈12中感应出电感测电流“is”。当芯结构8暴露于外部磁场(例如，在图1中所展示的定向中在左边)时，芯结构8在与所述场对准时较易饱和且在与外部场相反时较不易饱和。因此，所感应的感测线圈电流“is”将与激励电流异相，且差将与外部磁场的强度相关。激励脉冲持续时间及