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一种三轴预调制低噪声磁 电阻 传感器

阅读：46发布：2020-05-27

专利汇可以提供一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括X，Y和Z轴磁电阻传感器，X，Y和Z轴磁电阻传感器分别包括X，Y和Z轴磁电阻传感单元阵列，X，Y和Z轴软磁通量集中器阵列，以及X，Y和Z轴预调制导线阵列，X，Y和Z轴磁电阻传感单元阵列分别电连接成X，Y和Z轴磁电阻传感电桥，所述X，Y和Z轴预调制导线阵列分别电连接成两端口X，Y和Z轴激励线圈，测量外磁场时，X，Y和Z轴两端口激励线圈分别通过f 频率高频交流激励电源，X,Y,Z轴磁电阻传感器输出频率为2f谐波信号分量，并经解调可以得到X，Y和Z轴低噪声信号。本实用新型具有结构简单，小尺寸和低噪声的优点。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括X轴磁电阻传感器、Y轴电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，其特征在于，
所述X轴磁电阻传感器包括X轴磁电阻传感单元阵列、X轴软磁通量集中器阵列以及X轴调制导线阵列，所述X轴磁电阻传感单元阵列电连接成X轴磁电阻传感电桥，所述X轴调制导线阵列电连接成两端口X轴激励线圈，在测量外磁场时，所述X轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，X轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到X轴低噪声信号；
所述Y轴低噪声磁电阻传感器包括Y轴磁电阻传感单元阵列、Y轴软磁通量集中器阵列以及Y轴调制导线阵列，所述Y轴磁电阻传感单元阵列电连接成Y轴磁电阻传感电桥，所述Y轴调制导线阵列电连接成两端口Y轴激励线圈，在测量外磁场时，所述Y轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，所述Y轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到Y轴低噪声信号；
所述Z轴低噪声磁电阻传感器包括Z轴磁电阻传感单元阵列、Z轴软磁通量集中器阵列以及Z轴调制导线阵列，所述Z轴磁电阻传感单元阵列电连接成Z轴磁电阻传感电桥，所述Z轴调制导线阵列电连接成两端口Z轴激励线圈，在测量外磁场时，所述Z轴激励线圈用于通过频率为f的高频交流激励电源，所述Z轴磁电阻传感电桥用于输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调得到Z轴低噪声信号。
2.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和Z轴磁电阻传感单元阵列具有相同的磁场敏感方向，且构成所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和Z轴磁电阻传感单元阵列的磁电阻传感单元的晶圆通过同一磁场退火工艺得到。
3.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感单元阵列具有+X轴和-X轴磁场敏感方向，所述Y轴磁电阻传感单元阵列具有+Y轴和-Y轴磁场敏感方向，且二者的磁场敏感方向分别通过激光程控扫描加热退火获得，所述Z轴磁电阻传感单元具有X或者Y轴磁场敏感方向。
4.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器、Y轴磁电阻传感器分别通过单磁场敏感方向元切片翻转90、180、270度得到。
5.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，构成所述X轴磁电阻传感单元阵列、Y轴磁电阻传感单元阵列和所述Z轴磁电阻传感单元阵列的磁电阻传感单元为GMR，TMR或者AMR。
6.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感电桥、Y轴磁电阻传感电桥、Z轴磁电阻传感电桥分别为半桥，全桥或者准桥结构。
7.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器为参考桥式X轴磁电阻传感器，所述X轴磁电阻传感单元阵列包括位于所述X轴软磁通量集中器阵列间隙处的X轴敏感磁电阻传感单元串以及位于X轴软磁通量集中器上表面或者下表面Y轴中心线位置的X轴参考磁电阻传感单元串，所述X轴调制导线阵列的X轴调制导线平行于所述Y轴中心线且位于所述X轴软磁通量集中器中，以和所述X轴软通量集中器形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述X轴调制导线具有相反电流方向。
8.根据权利要求7所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴软磁通量集中器阵列包括敏感软磁通量集中器和参考软磁通量集中器，任意两个相邻的所述X轴参考磁电阻传感单元串、任意两个相邻的所述X轴敏感磁电阻传感单元串分别位于所述参考软磁通量集中器、所述敏感软磁通量集中器上表面或者下表面相对于Y轴中心线对称的两个位置处，所述X轴调制导线分别位于所述参考软磁通量集中器或所述敏感软磁通量集中器中并和其Y轴中心线平行，以形成所述软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构。
9.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器为具有U型软磁通量集中器的X轴推挽桥式磁电阻传感器，所述X轴软磁通量集中器阵列包括多个U型软磁通量集中器，每个所述U型软磁通量集中器具有两个叉指，所述多个U型软磁通量集中器交错设置使得相邻U型软磁通量集中器之间形成有叉指间隙，所述X轴磁电阻传感单元阵列包括分别交替位于所述U型软磁通量集中器的叉指间隙中的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，所述X轴调制导线阵列的调制导线位于所述U型软磁通量集中器的叉指中，以形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向。
10.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器为H型软磁通量集中器-U型软磁通量集中器混合型X轴推挽桥式磁电阻传感器，所述X轴软磁通量集中器阵列包括H型软磁通量集中器和U型软磁通量集中器，所述H型软磁通量集中器和U型软磁通量集中器分别具有叉指且交错设置以形成叉指间隙，所述X轴推挽桥式磁电阻传感单元阵列包括分别交替位于所述H型软磁通量集中器和U型软磁通量集中器之间的叉指间隙中的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，所述X轴调制导线阵列的调制导线位于所述叉指中，以形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向。
11.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述Y轴磁电阻传感器为Y轴梳状叉指型推挽桥式磁电阻传感器，所述Y轴软磁通量集中器阵列包括两组相对设置的软磁通量集中器，每组所述软磁通量集中器包括梳座、自所述梳座向另一组软磁通量集中器延伸的叉指，两组软磁通量集中器的叉指交错设置，所述Y轴磁电阻传感单元阵列包括交替位于所述叉指间隙中的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，所述Y轴调制导线阵列的调制导线位于所述叉指中，以形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向，所述X轴连接导线位于偏离梳座的区域；或者所述调制导线位于所述梳座中形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合结构，且两个梳座中的所述调制导线具有相反电流方向。
12.根据权利要求2所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述Y轴磁电阻传感器为软磁通量集中器块状阵列型推挽桥式磁电阻传感器，所述Y轴软磁通量集中器阵列包括分别为N行M列和N-1行M列的两个沿Y方向错位排列的软磁通量集中器块阵列一和阵列二，所述Y轴磁电阻传感单元阵列包括交替位于所述软磁通量集中器块阵列一和阵列二之间的间隙处的推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元，所述Y轴调制导线阵列的调制导线沿着所述软磁通量集中器块阵列一和阵列二的软磁通量集中器块行交替排列，且和所述软磁块形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合复合结构，且相邻所述调制导线具有相反电流方向。
13.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述Z轴磁电阻传感器为包含软磁通量集中器阵列的推挽桥式磁电阻传感器，所述Z轴磁电阻传感单元阵列包括推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串位于所述软磁通量集中器的上表面或者下表面且相对于Y轴中心线对称的两位置，所述Z轴调制导线阵列的调制导线位于所述软磁通量集中器中形成软磁材料层/调制导线/软磁材料层的复合结构，相邻两所述调制导线具有相反电流方向。
14.根据权利要求1所述的一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，其特征在于，所述X轴磁电阻传感器和Y轴磁电阻传感器均为一种多层结构预调制低噪声磁电阻传感器，所述X轴软磁通量集中器包括多个间隔设置的X轴软磁通量集中器，所述Y轴软磁通量集中器包括多个间隔设置的Y轴软磁通量集中器，所述X轴磁电阻传感单元阵列包括分别位于所述X轴软磁通量集中器间隙处的X推磁电阻传感单元串和X挽磁电阻传感单元串，所述Y轴磁电阻传感单元阵列包括分别位于所述Y轴软磁通量集中器间隙处的Y推磁电阻传感单元串和Y挽磁电阻传感单元串。

说明书全文

一种三轴预调制低噪声磁电阻 传感器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及磁性传感器领域，特别涉及一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器。

背景技术

[0002] 磁电阻传感器在正常使用时，存在着1/f噪声，降低磁电阻传感器的噪声，发展低噪声磁电阻传感器，对于提高磁信号的精确测量具有重要的意义。一般情况下，磁电阻传感器在低频时具有高的1/f噪声，而在高频时，则以热噪声为主，其噪声能量密度大大低于低频时的噪声能量密度，因此，选择将磁信号预先调制成高频磁场，而后再被磁电阻传感器测量，输出高频频率电压信号，而后进行解调，可以实现将磁信号测量从低频区域移动到高频区域的目的，从而降低1/f噪声能量密度。

[0003] 通过使用MEMS技术，在磁电阻传感器表面加工软磁通量集中器的振动结构，并驱动软磁通量集中器在磁电阻传感器表面周期性的振动，从而实现对静态外磁场的调制，该技术虽然有助于降低磁电阻传感器1/f噪声，但是，振动结构以及驱动器的加入使得磁电阻传感器的复杂程度和尺寸大为增加，工艺复杂程度也大为增加。

[0004] 三轴磁电阻传感器可以作为电子罗盘实现对空间磁场的三维测量，通常情况下，三轴磁电阻传感器的测量都是在静态磁场下实现对三维磁场的测量，因此存在着1/f噪声，影响对外磁场的测量精度，因此本实用新型旨在提出一种三轴预调制磁电阻传感器，能够实现测量信号的高频输出，从而获得低噪声的测量信号。实用新型内容

[0005] 本实用新型提出了一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，能够实现测量信号的高频输出，从而获得低噪声的测量信号。

[0006] 三轴磁电阻传感器包括X轴磁电阻传感器，Y轴磁电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，所述与软磁通量集中器相关的X轴磁电阻传感器包括：1、单芯片参考桥式磁电阻传感器，包括位于软磁通量集中器间隙处的敏感磁电阻传感单元串和位于软磁通量集中器上表面或者下表面的参考磁电阻传感单元串；2、单芯片高灵敏度推挽式磁电阻传感器，采用扫描激光热退火的方法来获得+X推磁电阻传感单元阵列和-X挽磁电阻传感单元阵列，并采用软磁通量集中器阵列实现其外磁场的增强；3、翻转切片推挽桥式磁电阻传感器，采用软磁通量集中器来实现其磁信号的增强，采用翻转180度切片实现推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元；4、U型软磁通量集中器X轴推挽桥式磁电阻传感器，其中U型软磁通量集中器开口方向交替为+Y和-Y方向，相邻两个U型软磁通量集中器叉指排列，磁电阻传感单元敏感方向相同，且为X方向，推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串交替位于叉指间隙中；5、U-H型软磁通量集中器X轴推挽式磁电阻传感器，其中H型软磁通量集中器和U型软磁通量集中器的开口均朝向+Y或-Y方向，并且相邻两个H软磁通量集中器或者U和H软磁通量集中器叉指排列，磁电阻传感单元敏感方向相同，且为X方向，推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串交替位于所述叉指间隙中。

[0007] 对于Y轴磁电阻传感器，也存在如下几种类型：1、将上述X轴磁电阻传感器翻转90度；2、采用扫描激光热退火的方法，直接写入+Y推磁电阻传感单元阵列和-Y挽磁电阻传感单元阵列，并采用软磁通量集中器阵列实现其外磁场的增强；3、采用两个梳状软磁通量集中器实现叉指排列，其中梳座为平行于X方向，梳齿开口为Y方向，磁电阻传感单元磁场敏感方向为X方向，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串交替位于所述叉指间隙中；4、采用两个软磁通量集中器矩形块阵列沿X方向交叉，并沿Y方向错位排列的Y轴推挽式磁电阻传感器，其中一个软磁通量集中器阵列所对应的软磁块位于另一个软磁通量集中器阵列的间隙左边或者右边，磁电阻传感单元的敏感方向同为X方向，推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元交替位于所述相邻两个软磁通量集中器形成的间隙中间。

[0008] 对于Z轴磁电阻传感器，采用软磁通量集中器阵列，其中推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串分别位于软磁通量集中器表面上方或者下方，且距离Y轴中心线等距离的两个位置处。

[0009] 根据本实用新型的一个具体方面，一种三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括衬底，位于所述衬底上的X，Y和Z轴预调制低噪声磁电阻传感器，所述X，Y和Z轴预调制低噪声磁电阻传感器分别包括X，Y和Z轴磁电阻传感单元阵列，X，Y和Z轴软磁通量集中器阵列，以及X，Y和Z轴预调制导线阵列，所述X，Y和Z轴磁电阻传感单元阵列分别电连接成X，Y和Z轴磁电阻传感电桥，所述X，Y和Z轴预调制导线阵列分别电连接成两端口X，Y和Z轴激励线圈，测量外磁场时，所述X，Y和Z轴两端口激励线圈分别通过频率为f的高频交流激励电源，所述X,Y,Z轴磁电阻传感器输出频率为2f的谐波信号分量，并经解调可以得到X，Y和Z轴低噪声信号。

[0010] 所述X，Y和Z轴磁电阻传感单元阵列具有相同的磁场敏感方向，且所述磁电阻传感单元晶圆通过同一磁场退火工艺得到。

[0011] 所述X，Y轴磁电阻传感单元阵列分别具有+X，-X，+Y和-Y轴磁场敏感方向，且分别通过激光程控扫描加热退火获得，所述Z轴磁电阻传感单元具有X或者Y轴磁场敏感方向。

[0012] 所述X轴磁电阻传感器和Y轴磁电阻传感器分别通过单磁场敏感方向元切片分别翻转90，180，270度得到。

[0013] 所述磁电阻传感单元为GMR，TMR或者AMR类型。

[0014] 所述磁电阻传感单元电桥为半桥，全桥或者准桥结构。

[0015] 所述X轴磁电阻传感器为参考桥式X轴磁电阻传感器，X轴敏感磁电阻传感单元串位于所述X轴软磁通量集中器阵列间隙处，X轴参考磁电阻传感单元串位于所述X轴软磁通量集中器上表面或者下表面Y轴中心线位置，所述X轴调制导线平行于所述Y轴中心线且位于所述X轴软磁通量集中器中，并和所述X轴软通量集中器形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层三明治复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述X轴调制导线具有相反电流方向。

[0016] 所述X轴磁电阻传感器为参考X轴磁电阻传感器，所述X轴软磁通量集中器包括敏感软磁通量集中器和参考软磁通量集中器，两个参考磁电阻传感单元串和两个敏感磁电阻传感单元串分别位于所述参考软磁通量集中器和所述敏感软磁通量集中器上表面或者下表面相对于Y轴中心线对称的两个位置处，所述X轴调制导线分别位于所述参考软磁通量集中器和所述敏感软磁通量集中器中并和所述Y轴中心线平行，并和所述软磁通量集中器形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层三明治复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间并通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述X轴调制导线具有相反电流方向。

[0017] 所述X轴磁电阻传感器为U型软磁通量集中器的X轴推挽桥式磁电阻传感器，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串分别交替位于所述U型软磁通量集中器的叉指间隙中，所述调制导线位于所述U型软磁通量集中器的叉指中，并形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层的三明治复合结构，所述软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向。

[0018] 所述X轴磁电阻传感器为H型软磁通量集中器-U型软磁通量集中器混合型X轴推挽桥式磁电阻传感器，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串分别交替位于所述U-H混合结构叉指间隙中，所述调制导线位于所述叉指中，软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向。

[0019] 所述Y轴磁电阻传感器为Y轴梳状叉指型推挽桥式磁电阻传感器，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串交替位于所述叉指间隙中，所述调制导线位于所述叉指中，软磁材料层/调制导线层/软磁材料层的三明治复合结构，软磁材料层和所述调制导线层之间通过绝缘材料层隔离，且相邻两个所述调制导线具有相反电流方向，所述X轴连接导线位于偏离梳座的区域；或者所述调制导线位于所述梳座中，形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层三明治复合结构，且两个梳座中的所述调制导线具有相反电流方向。

[0020] 所述Y轴磁电阻传感器为软磁通量集中器块状阵列型推挽桥式磁电阻传感器，包括N行M列和N-1行M列的两个沿Y方向错位排列的软磁通量集中器块阵列一和阵列二，所述推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元交替位于所述软磁通量集中器块阵列一和阵列二之间的间隙处，所述调制导线沿着所述阵列一和阵列二的软磁通量集中器块行交替排列，且和所述软磁块形成软磁材料层/调制导线层/软磁材料层复合三明治结构，且相邻所述调制导线具有相反电流方向。

[0021] 所述Z轴磁电阻传感器为包含软磁通量集中器阵列的推挽桥式磁电阻传感器，所述推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串位于所述软磁通量集中器的上表面或者下表面且相对于Y轴中心线对称的两位置，所述调制导线位于所述软磁通量集中器中，并形成软磁材料层/调制导线/软磁材料层的复合三明治结构，相邻两所述调制导线具有相反电流方向。

[0022] 所述X和Y轴磁电阻传感器均为一种多层结构预调制低噪声磁电阻传感器，包括X轴软磁通量集中器阵列和Y轴软磁通量集中器阵列，所述X推磁电阻传感单元串和X挽磁电阻传感单元串分别位于所述X轴软磁通量集中器间隙处，所述Y推磁电阻传感单元串和Y挽磁电阻传感单元串分别位于所述Y轴软磁通量集中器间隙处。

[0023] 与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

[0024] X、Y、Z轴磁电阻传感器中分别通过静态的软磁通量集中器结构，以及动态的交流电流，实现了测量信号从低频向高频的移动，并降低了磁电阻传感器的噪声；且由上述X、Y、Z轴磁电阻传感器构成三轴预调制低噪声磁电阻传感器结构较简单、尺寸较小，工艺较为简单。附图说明

[0025] 图1为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构一的示意图；

[0026] 图2为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构一的外磁场分布图；

[0027] 图3为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构一的激励磁场分布图；

[0028] 图4为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构二的示意图；

[0029] 图5为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构二的外磁场分布图；

[0030] 图6为参考桥式X轴磁电阻传感器预调制结构二的激励磁场分布图；

[0031] 图7为U型软磁通量集中器推挽桥式X轴磁电阻传感器预调制结构图；

[0032] 图8为U型软磁通量集中器推挽桥式X轴磁电阻传感器预调制结构外磁场分布图；

[0033] 图9为U型软磁通量集中器推挽桥式X轴磁电阻传感器预调制结构激励磁场分布图；

[0034] 图10为U-H型软磁通量集中器推挽桥式X轴磁电阻传感器预调制结构图；

[0035] 图11为梳型软磁通量集中器推挽桥式Y轴磁电阻传感器预调制结构图；

[0036] 图12为梳型软磁通量集中器推挽桥式Y轴磁电阻传感器预调制结构激励磁场分布图；

[0037] 图13为梳型软磁通量集中器推挽桥式Y轴磁电阻传感器预调制结构外磁场分布图；

[0038] 图14为软磁通量集中器矩形阵列推挽桥式Y轴磁电阻传感器预调制结构图；

[0039] 图15为推挽桥式Z轴磁电阻传感器预调制结构图；

[0040] 图16为推挽桥式Z轴磁电阻传感器预调制结构外磁场分布图；

[0041] 图17为推挽桥式Z轴磁电阻传感器预调制结构激励磁场分布图；

[0042] 图18为XYZ三轴预调制结构磁电阻传感器结构图。

具体实施方式

[0043] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0044] 下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。本实用新型旨在提供一种XYZ三轴预调制低噪声磁电阻传感器，包括X轴磁电阻传感器、Y轴磁电阻传感器及Z轴磁电阻传感器。其中，X轴磁电阻传感器、Y轴磁电阻传感器、Z轴磁电阻传感器的具体结构分别参见实施例一、实施例二、实施例三，由该三轴磁电阻传感器构成的XYZ三轴预调制低噪声磁电阻传感器则参见实施例四。

[0045] 实施例一

[0046] 图1为参考桥式预调制低噪声X轴磁电阻传感器一结构图，1为传感器所在区域，其中2为位于软磁通量集中器阵列间隙处的敏感磁电阻传感单元串， 4为位于软磁通量集中器3的上表面或者下表面Y轴中心处的参考磁电阻传感单元串，两端口预调制导线圈5包括位于软磁通量集中器中的预调制导线阵列，且相邻预调制导线6和7具有相反的电流方向。

[0047] 图2和图3分别为参考桥式预调制低噪声X轴磁电阻传感器1的工作原理图，预调制导线10和11位于软磁通量集中器中并形成软磁材料层8/导线层10/软磁材料层9的复合多层薄膜结构，且软磁材料层和导线层之间采用绝缘材料层电隔离，相邻两个预调制导线10和11，11和12具有相反的电流方向，在预调制导线激发电流在软磁材料层8和软磁材料层9中产生具有相反方向的磁场-He和He。另一方面，外磁场Hx则作用于所有的软磁材料层，则敏感磁电阻传感单元13所感受的磁场为相邻两个软磁材料层所产生的磁场的矢量叠加，可以看出相邻的敏感磁电阻传感单元15具有相同于敏感磁电阻传感单元13的磁场矢量和。图3为外磁场Hx为0时磁场分布图，相邻两个软磁材料层在敏感磁电阻传感单元中所产生的磁场-He和He为大小相等，方向相反，而在外磁场引入时，其中一个软磁材料层磁场得到增强，而另外一个软磁材料层磁场减小，因此具有不同的磁导率，因此类似于磁通门，从而外磁场在敏感磁电阻传感单元将被调制成激发磁场频率的磁场信号，并被敏感磁电阻传感单元测量。对于参考磁电阻传感单元15，在外磁场Hx为0时，相邻两个参考磁电阻传感单元14和16所对应的激发磁场分量为0，而在外磁场作用下，相邻的两个软磁材料层具有不同的磁化状态，外磁场经过激发磁场的调制具有相同频率的变化，这样参考磁电阻传感器输出信号被调制成具有f频率的输出信号。

[0048] 图4为参考桥式预调制低噪声X轴磁电阻传感器二的结构图，20为传感器所在区域，包括两组宽度不同软磁通量集中器，即宽通量集中器21，24和窄通量集中器22和23，并且其相互排列关系为：宽/宽/窄/窄/宽/宽，即除两端外，中间位置的软磁通量集中器两两相邻，对于每种软磁通量集中器，分别对应一组磁电阻传感单元串，分别位于所述软磁通量集中器上表面或者下表面Y轴中心线两侧相同距离的两侧，如分别对应宽软磁通量集中器21，24的磁电阻传感单元串对25和26，31和32，对应窄软磁通量集中器22，23的磁电阻传感单元串27和28，29和30。预调制导线33包括位于所述软磁通量集中器中的预调制导线阵列
34，35，36，37，且相邻两个预调制导线具有相反的激励电流方向。

[0049] 图5和6分别为有外磁场Hx作用下激励电流对磁电阻传感单元串的调制作用以及外磁场Hx为0时，激励电流磁场-He和He在磁电阻传感单元串处的分布图。图5中敏感磁电阻传感单元25和26感受激励磁场和外磁场的共同作用，即Hx+He，而31和32感受磁场为Hx-He1，对应的图6中磁电阻传感单元25，26感受外激励磁场为He和-He，两者在没有外磁场时，磁电阻传感单元的感受的平均磁场为0，而在外磁场作用时，其平衡受到破坏，其中一方激励磁场增强，另一方激励磁场受到减小，因此，软磁材料磁导率处于不同的状态，这样，类似于磁通门，从而外磁场的变化将调制到激励磁场相同频率的变化当中，并通过磁电阻传感单元的两端的信号输出，同样，对于磁电阻传感单元27和29，其外磁场的变化同样调制到激励磁场相同的频率变化当中，并通过磁电阻传感单元的两端的信号输出，同时由于宽窄软磁通量集中器对于外磁场的衰减比率的不同，将其中一个作为参考磁电阻传感单元，将另一个作为敏感磁电阻传感单元，将得到新的X轴参考桥式预调制磁电阻传感器。

[0050] 图7为U型软磁通量集中器结构的X推挽桥式磁电阻传感器结构图，其中40为传感器所在区域，包括多个开口向+Y的U型软磁通量集中器41，43和开口向-Y的U型软磁通量集中器42，每个U型软磁通量集中器具有两个叉指，开口向+Y的U型软磁通量集中器的叉指和开口向-Y的U型软磁通量集中器的叉指相互交错设置，相互之间形成叉指间隙，推磁电阻传感单元串45和挽磁电阻传感单元串交替位于叉指间隙中。预调制导线44位于U型软磁通量集中器的叉指中，且相邻所述导线具有相反的电流方向。

[0051] 图8和图9分别为外磁场Hx有无情况下，激励磁场-He和He和外磁场Hx在推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串位置的磁场分布图，可以看出，在外磁场存在条件下，推磁电阻传感单元45和挽磁电阻传感单元46具有相反的磁场分布特征，其中一边的软磁层所产生的磁场为He+Hx，而另一边的软磁层所产生的磁场为Hx-He，而在没有外磁场时，其磁场矢量和为0，因此，因此符合软磁材料在高频激励磁场条件下对外磁场的调制作用。

[0052] 图10为U-H软磁通量集中器叉指形X推挽桥式磁电阻传感器，50为传感器所在的区域，其中相邻两个H型软磁通量集中器51和53各有一个开口朝Y方向，并且通过一个U型软磁通量集中器52叉指连接51和53，且推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元交叉位于叉指间隙中。51为预调制导线，分别位于叉指之中，并且相邻的预调制导线具有相反的电流方向。

[0053] 其在外磁场和外磁场为0时的工作原理分析与U型软磁通量集中器X推挽桥式磁电阻传感器相同。

[0054] 实施例二

[0055] 图11为交叉梳状Y轴推挽桥式磁电阻传感器，其中50为传感器所在区域，包括两个相对设置的开口Y向且叉指结构的梳齿软磁通量集中器51和52，即每个软磁通量集中器包括沿X延伸的梳座、多个自所述梳座向另一个软磁通量集中器延伸的叉指，多个叉指间隔设置，且两个软磁通量集中器的叉指交错且交替排列，从而形成多个叉指间隙。其中推磁电阻传感单元串54和挽磁电阻传感单元串55交叉分布在叉指间隙中，预调制导线53分布于叉指中，且相邻两个预调制导线具有相反的电流方向。其在外磁场和外磁场为0时的工作原理分析与U型软磁通量集中器X推挽桥式磁电阻传感器相同。

[0056] 图12和图13为另一种预调制导线结构的示意图，其中包括两个具有相反电流方向的调制导线56和57，分别位于上下两个梳座中，且具有相反的电流方向。其中图12为无外加磁场仅有激励磁场的情况，推磁电阻传感单元串54和挽磁电阻传感单元串55具有相反的激励磁场为0，及+Hex-Hex抵消，图13为具有外加磁场Hy的情况，则对于磁电阻传感单元串54，其-Hyx方向的磁场得到增强，而对于磁电阻传感单元串55，则其Hyx方向的磁场得到加强，因此，软磁材料层的磁导率发生变化，激励电流磁场不能抵消，从而将Hyx调制到Hex频率的磁场中。

[0057] 图14为软磁通量集中器矩形块结构的Y轴推挽桥式磁电阻传感器，包括错位排列的两个矩形软磁通量集中器阵列，其中一个软磁通量集中器阵列63，64位于另一个软磁通量集中器阵列61和62之间，且沿Y轴错位移动，且相互位于相邻两个间隙左边或者右边。

[0058] 在Y轴磁场作用下，其磁场分布如图所示，相邻两个X磁场分类具有相反的磁场方向。调制导电线圈如图14所示，导线沿Y方向连接所有软磁通量矩形块，并位于软磁通量矩形块中，相邻两个调制导线65和66具有相反的电流方向，对于任何一对推磁电阻传感单元67和挽磁电阻传感单元68，其在激励磁场和外磁场共同作用下的磁场分布关系与U型软磁通量集中器X推挽桥式磁电阻传感器相同。

[0059] 实施例三

[0060] 图15为Z轴磁电阻推挽桥式磁电阻传感器，70为传感器所在区域，71和72为软磁通量集中器阵列，73和74，75和76为位于软磁通量集中器上表面或者下表面上且距离Y轴中心线等距离的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，77为预调制导线圈，包括位于软磁通量集中器中的预调制导线78和79，且相邻的预调制导线具有相反的电流方向。

[0061] 图16和图17为磁电阻传感单元73，74，75和76在Z轴磁场Hz以及Z轴磁场为0时，在激励磁场He下的磁场分布，从图17可以看出，推磁电阻传感单元73和75在外磁场为0时的分别具有激励磁场He和-He，因此在串联情况下，其平均磁场为0。图16为Hz磁场在经过软磁通量集中器之后转变成两个磁场分量Hzx和-Hzx，对于73和75，具有相同的-Hzx磁场分量，其结果在于，其中一个磁场增加，另一个磁场减小，从而成功的将激励磁场的频率调制到信号之中，对于74和76，在图17中，具有相反的激励磁场He和-He，因此磁场平均场为0，而在图16中，则由于Hzx的磁场分量，导致出现与73和75相反的磁场分量，从而在经过调制之后，仍旧是作为推磁电阻传感单元和挽磁电阻传感单元。

[0062] 实施例四

[0063] 图18为XYZ三轴预调制低噪声磁电阻传感器结构图，包括如实施例一提供的X轴预调制传感器100、如实施例二提供的Y轴预调制传感器110和如实施例三提供的Z轴预调制传感器120。

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