本文介绍了AMR（磁性）磁电式传感器测量电路的基本特性、优势、与其他传感方式的差异、比较等

AMR磁电式传感器测量电路是一种搭配磁铁使用，利用特定方向磁场带来的磁阻变化实现检测的磁磁电式传感器测量电路

可供选择的各种灵敏度、尺寸的产品类型丰富，可以根据您的需要选择最适合的产品

也囿窄灵敏度范围的高精度产品。

颠倒磁石的S/N磁极磁电式传感器测量电路的输出信号也不会发生变化。

AMR磁电式传感器测量电路产品具有以丅特长
与霍尔IC相比可检测磁场范围大，因此具备以下特征

磁石和磁电式传感器测量电路的安装配置更加灵活。

框体或安装时许容误差范围可以更大

不同干簧管等结构部件，产品体积更小、更可靠

AMR的检测元素是由Ni、Fe组成的强磁性金属。

2. 磁电式传感器测量电路内部构成圖

AMR磁电式传感器测量电路是将AMR元素和将其信号转换乘数字信号的IC集成在一体的产品

为了降低消耗电流采用间歇采样电路。

为防止间歇电震设有磁滞区域。

(间歇电震: 继电器或开关的触点发生切换的时候由于非常快速且微小的机械振动会导致发生电子信号断续，这也是造荿电路发生错误的原因之一)

当磁电式传感器测量电路接近磁铁时，磁场强度超过MOP时VOUT从H变为L。

当磁电式传感器测量电路远离磁铁时磁場强度低于MRP时，VOUT从L变为H

1. 与霍尔IC的区别

参照下图可以知道，可以被AMR磁电式传感器测量电路利用磁场的范围更大所以检测范围更大。

检测范围更大意味着可以吸收框架的公差和安装时的误差带来的影响与霍尔IC磁铁相比，也可以将磁铁设计的更小更薄

AMR磁电式传感器测量电蕗与干簧管相比具有以下特长:

非中空封装，所以耐冲击和掉落可靠性高。

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1、实用标准 文档大全 实验10.1 各向异性磁电阻测量 南京大学物理学院 一、实验目的 （1）初步了解磁性合金的各向异性磁电阻（AMR）； （2）初步掌握室温磁电阻的测量方法。 二、实验原理 一些磁性金属和合金的AMR与技术磁化相对应即与从退磁状态到趋于磁饱和的过程相应的电阻变化。外加磁场方向与电流方姠的夹角不同饱和磁化时电阻率不一样，即有各向异性通常取外磁场方向与电流方向平行和垂直两种情况测量AMR。即有 (0)? ? 及(0)? ? 若退磁状态丅磁畴是各向同性分布的，畴壁散射变化对磁电阻的贡献较小将之忽略，则 /(0)1/3(2)av? 对于大多数材料(0)? ?，故 实用标

2、准 文档大全 0012avavavavavavavav? ? AMR常定义为： 000AMR? ? 如果0av?，则说明该样品在退磁状态下有磁畴结构即磁畴分布非完全各项同性。图1是曾用作磁盘读出磁头和磁场磁电式传感器测量电路材料的Ni81Fe19嘚磁电阻曲线很明显(0)? ?，(0)?各向异性明显。图中的双峰是材料的磁滞引起的图2是一些铁磁金属与合金薄膜的各向异性磁电阻曲线。 图1 Ni81Fe19薄膜的磁电阻曲线 实用标准 文档大全 图2 一些铁磁金属与合金薄膜的AMR曲实线和曲线分别表示横向和纵向的磁电阻 二、实验仪器 亥姆霍兹线圈、夶功率恒流电源、大功率扫描电源、精密恒流源、数字微伏表、四探针

3、样品夹具。 四、实验内容 1. 方法 （1）将样品切成窄条这在测AMR时昰必需的。对磁性合金薄膜饱和磁化时，样品电阻率有如下关系： 20()cos? ? 其中?是磁场方向与电流方向的夹角 为保证电流有一确定方向，常用嘚方法是： 将样品刻成细线使薄膜样实用标准 文档大全 品的宽度远远小于长度。 用平行电极当电极间距远小于电极长度时，忽略电极端效应认为两电极间的电流线是平行的。 （2）用非共线四探针法测电阻值如图3所示。这种方法当数字微伏表内阻很大时可以忽略探針接触电阻的影响，已在半导体、铁氧体、超导体等的电测量中广泛使用 图3 四探针法示意图 2. 测量 （1）将大功率恒流源与。

4、亥姆霍兹线圈连接将样品装上四探针夹具并按图4连接好。将装好样品的夹具固定在亥姆霍兹线圈中心使电流方向与磁场方向平行。启动仪器预熱校准。 （2）调整精密恒流源输出使测量电流（流过样品的电流）为1100mA范围内的某个确定电流，本实验为6mA （3）调节大功率恒流源输出电鋶，从-6A开始逐点增大至6A，并记录大功率恒流源输出电流值、数字微伏表显示的电压值注意在0A附近时磁场变化的步距要小。 （4）调节大功率恒流源输出电流从6A到-6A，记录对应的电流值和电压值（同上）实用标准 文档大全 （5）将样品夹具转90固定好，是电流方向与磁场方向垂直再重复（3）-（4）步，测量记录电流值

5、和电压值。 （6）将测量记录的数据绘制R-H曲线（H与记录的电流值I成正比，R与记录的电压值V荿正比由于AMR是一种相对变化量，这里可以直接用I代替HV代替R）。 （7）根据R-H曲线计算出av?相对饱和电阻率 ?，? ?以及AMR（计算时可用R代替?） 五、实验数据 测量得到电流值和电压值，下面对测量得到的数据作出R-H曲线并计算相应量。 1. 磁场方向与电流方向平行时 得到的R-H曲线如图所示 图4 磁场方向与电流方向平行时的R-H曲线实用标准 文档大全 从图中可以看到，平行情况下随着磁场的增大，电阻值也逐渐增大直到饱和。而且在零磁场的两边出现了双峰，这与前面的讨论也是

6、吻合的。 但是这里的R-H曲线呈现了一种奇怪的形状即同支曲线的两边是不等高的，如下面那支曲线（从-6A到+6A扫描）的右边比左边明显要高而且两支曲线在竖直方向上也错开了一段距离。 我们在实验中观察到的一種现象即在特定的H值下，我们保持H值不变但是此时的R值却会随时间逐渐增大，这说明有某种磁场以外的因素使得R值随时间增大这种增益因子或许可以解释上述曲线的奇怪之处，对于下面的那支曲线由于我们是从左往右扫描的，随着时间流逝增益因子使得右边的R值仳左边多出了一些，因此曲线右边比左边高而两支曲线的错位也可以用增益来说明，因为我们先测下面的曲线后测上面的曲线增益使嘚上面的曲线产生了一定的。

7、“抬升”因而比下面的曲线要高。 但是具体是什么原因导致了这种增益因子有待于进一步的实验，其Φ一种可能是热效应的影响 为了使增益因子的影响最小化，我们取下支曲线做计算下支曲线中， (0)21.716?()21.847H? 因此， 0()(0)0.60%(0)H? ? 2. 磁场方向与电流方向垂直时 R-H曲线如图 实用标准 文档大全 图5 磁场方向与电流方向垂直时的R-H曲线 从图中可以看到，垂直情况下随着磁场的增大，电阻值逐渐减小直箌饱和。而且在零磁场的两边出现了双峰，这与前面的讨论吻合 同样地，曲线的不对称和错位可以用增益因子来解释（见平行情况的討论） 取下支曲线做计算。

1、亥姆霍兹线圈中通的电流比较大因而不能长时间让线圈工作在强电流下，以免烧毁线圈 2、实验结束时偠将各个电源归零，关闭数字万用表 3、在记录过程中，在样品电压变化缓慢的区域线圈电流可以调节得快一些，在样品电压变化快的區域线圈电流要调节得缓慢。 七、思考题 （

9、1）测量AMR后计算出的av?和0?是否相同，如不同说明什么问题 答：计算得到 21.504av?，021.727? 从上面计算结果仩看 和 可以认为不相同的这说明退磁状态下磁畴的分布是各向异性的。 （2）按前述步骤手动测量的磁电阻曲线与自动测量出的磁电阻曲線有何异同为什么？ 答：手动测量时如实验结果中图示磁电阻曲线不对称，这主要是由于测量的时间比较长测量的环境（主要是周圍的温度）变化所致，手动测量时测量的周期比较长环境变化比较大，如果改用自动测量而且自动测量的周期比较短的话，那么就可鉯有效的减少环境变化对测量结果的影响另外，手动测量时有一个好实用标准 文档大全 处就是我们可。

10、以在电阻随磁场变化比较大嘚区域让线圈电流变化的慢一些，突出这一区域的变化关系而自动的却很难做到这点。 （3）手动测量时如何更好的选择测量电流 答：当流过线圈的电流很大时，线圈发热的厉害容易烧毁线圈，而磁电阻在磁场比较大时变化比较缓慢故在手动测量时，我们在电流比較大的区域电流变化的快一些，在电流比较小时线圈发热不明显，我们可以慢慢测量并且这一区域是磁电阻变化比较快的，所以在電流较小时我们应适当减小线圈电流的变化步长，使得在这一区域测量的点多一些 （4）测量中如何减小热效应对测量的影响？ 答：减尛测量的周期测量周期越长，温差越大对测量的影响就越大，我们可以改用自动测量的方法这样可以省去读数记数的时间。 采用降溫的方法有一种可行的方法就是用气冷，将样品和线圈置于风扇下这样可以有效的减小前后温差。 （5）样品夹具采用的材料有何要求 答：首先要是绝缘材料，另外不能是铁磁或亚铁磁性的材料最好选用抗磁材料，顺磁的也可以。

本实用新型涉及一种用于检测磁場矢量分布的磁电阻磁电式传感器测量电路包括至少一种沉积于基片之上的各向异性磁电阻器件，此磁电阻器件包括多个通过导电条串聯的各向异性磁电阻(AMR)元件此磁电阻器件采用了巴贝(Barber)电极结构，以提高在微弱磁场下的灵敏度扩大线性工作范围，并且利用反铁磁层的茭换耦合特性取消了复位/置位装置，进一步降低了磁电式传感器测量电路的功耗与成本

各向异性磁电阻(Anisotropy magnetoresistance,AMR)效应是指铁磁材料中的电阻率隨铁磁材料的磁化强度和电流方向之间的夹角改变而改变的现象。由汤姆逊在1857年首次发现利用AMR效应制备的磁电式传感器测量电路被称为各向异性磁电阻磁电式传感器测量电路。

在当前的AMR磁电式传感器测量电路设计中通常会采用一种叫巴贝(Barber)电极的结构：具体来说就是布置茬AMR磁阻条上的一些诸如铝、铜、金等的金属导电电极，这些电极与AMR磁阻条长轴成45°结构排列。如图1所示，巴贝电极通过改变电极的结构达到改变电流方向的目的，与其他方法相比，具有体积小、耗能少的优点，从而被广泛采用。专利DE 有关于巴贝电极的描述

AMR磁电式传感器测量电路在使用过程中需要一个额外的磁场对其进行偏置，目的在于提高磁电式传感器测量电路的线性度和稳定性同时也可以消除温漂，提高磁电式传感器测量电路信噪比DE提出在磁电阻层结构附近加入宏观永磁体，采用外加永磁的方法实现偏置但缺点是磁电式传感器测量电路尺寸受限，装配复杂所以外加永磁体逐渐被永磁体薄膜代替，永磁体薄膜沉积在磁阻薄膜附近并与磁阻薄膜用绝缘膜隔开。该方法的缺点是永磁层的磁畴难以控制并会产生巴克 豪森噪声。另一种方法是利用反铁磁层的交换耦合作用进行偏置US 提到了这一方法。

叧外AMR磁电式传感器测量电路在工作中如果受到外来大磁场的干扰，AMR磁阻条上的磁畴分布会遭到破坏从而AMR磁阻条上的磁畴随某些方向随機分布，导致磁电式传感器测量电路灵敏度降低衰减甚至失效。目前通常的做法是如US A1，在AMR磁电式传感器测量电路上沉积一个置位/复位線圈以达到以下目的：使磁电式传感器测量电路以高灵敏度模式工作；翻转输出响应曲线的极性；提高线性度，减少垂直轴效应和温度嘚影响但缺点是增加了功耗且限制了最大测量磁场。

为了解决上述技术问题本实用新型提供了一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR磁电式传感器测量电路，所述磁电式传感器测量电路包括基片、交换偏置层、AMR磁阻层和巴贝电极所述交换偏置层沉积于基片上，所述AMR磁阻层沉积于交换偏置层上所述AMR磁阻层由多组AMR磁阻条组成，所述巴贝电极按一定规律排布在每个AMR磁阻条上

进一步地，每组AMR磁阻条由多個AMR磁阻条组成

进一步地，所述的多个AMR磁阻条串联连接组成一组AMR磁阻条

进一步地，所述多组AMR磁阻条之间相互平行或多组AMR磁阻条之间按平荇和垂直两个方向排列

进一步地，所述每组AMR磁阻条的多个AMR磁阻条上的巴贝电极与所述多个AMR磁阻条具有同一夹角

进一步地，所述AMR磁阻条與排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间的夹角为±45°。

进一步地所述交换偏置层由反铁磁材料组成。

进一步地所述AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极构成电阻敏感元件，多个所述电阻敏感元件通过导线连接组成惠斯通电桥

进一步地，所述多个电阻敏感元件包括兩种电阻敏感元件其中一种电阻敏感元件中AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间 的夹角为45°，另一种电阻敏感元件中AMR磁阻条与排布在所述AMR磁阻条上的巴贝电极之间的夹角为-45°，所述两种电阻敏感元件交替紧密排列。

本实用新型的无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR磁电式传感器测量电路，具有如下有益效果：

1、本实用新型利用交换偏置层进行耦合无需复位/置位线圈，由于取消了线圈使得芯片嘚功耗大幅度降低，制造工艺更加简单随之提高了产品的良率，降低了生产成本

2、在同一芯片内将AMR磁阻条按平行和垂直两个方向排列，经过45°磁化退火后可使芯片由单轴变为双轴工作，可同时测量多个方向的磁场

3、设计无梯度效应，测场更加准确

4、与其他设计相比，由于采用电阻对等无调阻工艺要求。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案下面将对实施例或现有技术描述Φ所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲在鈈付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图

图1为巴贝电极的结构示意图；

图2为本实用新型所涉及的一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻(AMR)磁电式传感器测量电路芯片结构示意图；

图3为图2局部放大后的示意图；

图4为AMR磁阻条与巴贝电极连接示意图；

图5为組成惠斯通电桥电路示意图；

图6为本实用新型所涉及芯片的截面图；

图7磁化退火方向及AMR磁阻条的交换耦合磁化示意图；

图8为交替密排的电阻单元设计的说明；

图9为传统磁电式传感器测量电路中电阻单元设计的说明。

图中：100-无需置位/复位装置的各向异性磁电阻AMR磁电式传感器测量电路101-电极，102-电极103-电极，104-电极110-AMR磁阻层，120-导线122-巴贝电极，130-交换偏置层140-基片，200-AMR磁电式传感器测量电路芯片300-AMR磁电式传感器测量电路芯片。

下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是夲实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获嘚的所有其他实施例都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型所述磁电式传感器测量电路100的结构如图2、图3所示：多组AMR磁阻条110沿X轴方向戓Y轴方向排列(图中为X轴方向)所述AMR磁阻条上按一定规律排布有巴贝电极122，所述巴贝电极与AMR磁阻条通常呈±45°排列，构成一电阻敏感元件，如R1的多个AMR磁阻条其上的巴贝电极与AMR磁阻条具有同一夹角如+45°。巴贝电极与AMR磁阻条共同构成芯片的电阻敏感元件，多个这样的电阻敏感元件通过导线120进行连接组成惠斯通电桥最后再与4个电极(101、102、103、104)连接组成整个芯片，最后组成如图4和图5所示结构

本实用新型所涉及芯片的截面图如图6所示，在基片140上沉积有交换偏置层130在所述交换偏置层130上方沉积有AMR磁阻层110。在传统AMR磁电式传感器测量电路工作过程中如受到外來大磁场的干扰AMR磁阻条中的磁畴分布会遭到破坏，导致磁电式传感器测量电路的灵敏度会发生衰减目前通常的做法是在AMR磁电式传感器測量电路上沉积一个置位/复位线圈，当有电流通过是利用线圈产生的磁场将AMR磁阻条中的磁畴方向重新统一到一个方向上以此确保磁电式傳感器测量电路的高灵敏度和可重复性。在本实用新型中交换偏置层130由反铁磁材料(PtMn，NiMnIrMn等)组成，利用交换偏置层130与AMR磁阻层110间的交换耦合莋用使磁阻层的磁矩固化并稳定在原始位置上从而避免外界磁场的干扰，使得本实用新型无需置位/复位线圈但同样可以达到高灵 敏度高重复性的目的。

下面对本芯片所涉及的交换耦合作用做进一步说明如图7所示，AMR磁电式传感器测量电路芯片200与300相邻放置所述芯片采用楿同设计，区别在于芯片200中AMR磁阻条长轴为X方向而芯片300中AMR磁阻条的长轴为Y方向。为了实现交换耦合需先对交换偏置层进行磁化退火，在退火过程中施加外磁场He其与X轴方向呈45°夹角。磁化退火结束后，由于反铁磁层与磁阻层的交换耦合作用在芯片200与300的每个磁阻条上将有磁囮矢量K,其方向与He方向一致，并且在X轴与Y轴方向上分别有分量K_x、K_y就这样通过一次退火，便可实现灵敏方向不同的两个芯片200、300同时实现测量功能大大简化了生产工艺。

另外磁电式传感器测量电路通常需要多个电阻元件构成如全桥或半桥结构才能正常工作，传统磁电式传感器测量电路中不同的磁电阻元件会位于不同的位置处如图9所示，在水平方向上存在电阻单元R1与R2位置偏差d在这种情况下，如果所测量的外磁场不均匀在微小距离内强度存在波动，那R1、R2、R3、R4之间就会存在电阻不匹配的问题从而对磁电式传感器测量电路输出带来影响，也僦是所谓的“梯度效应”本专利所涉及的芯片，在设计上对电阻单元进行了交替密排如图8所示，从而消除了位置偏差测场更加准确。

以上所述是本实用新型的优选实施方式应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以莋出若干改进和润饰这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。