CN111707977B - 磁场感测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁场感测装置，包括多个第一磁电阻单元、多个第二磁电阻单元、一第一测试导线、一第二测试导线及一驱动器。这些第一磁电阻单元沿着一第一方向排列。这些第二磁电阻单元沿着第一方向排列，且这些第二磁电阻单元配置于这些第一磁电阻单元于一第二方向上的一侧。第一测试导线配置于这些第一磁电阻单元于一第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸。第二测试导线配置于这些第二磁电阻单元于第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸。驱动器用以在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经第一测试导线与第二测试导线。此磁场感测装置能够内建自我测试的功能。

Description

磁场感测装置

技术领域

本发明涉及一种磁场感测装置。

背景技术

磁力计(magnetometer)对具有指南针及运动追迹(motion tracking)功能的系统而言是重要的组件，对于诸如智能手机、平板计算机或智能手表等可携式系统或诸如无人机(drone)等工业系统而言，磁力计需具有很小的封装尺寸及在高输出数据速率(outputdata rate)下需具有高能源效率。这些需求使磁电阻(magnetoresistance,MR)传感器包括各向异性磁电阻(anisotropic MR,AMR)传感器、巨磁电阻(giant MR,GMR)传感器及穿隧磁电阻(tunneling MR,TMR)传感器成为主流。

对于诸如人工智能(artificial intelligence,AI)、工业4.0(Industry 4.0)或具有高自动化程度的系统等进阶应用而言，对器件本身的自我监控(self-monitoring)是一个很动要的功能。因此，在磁力计的研发当中，内建自我测试技术(building-in self-test technology)便成为一个重要的发展方向。

发明内容

本发明是针对一种磁场感测装置，其内建自我测试的功能。

本发明的一实施例提出一种磁场感测装置，包括多个第一磁电阻单元、多个第二磁电阻单元、一第一测试导线、一第二测试导线及一驱动器(driver)。这些第一磁电阻单元沿着一第一方向排列，其中每一第一磁电阻单元的感测方向垂直于第一方向。这些第二磁电阻单元沿着第一方向排列，其中每一第二磁电阻单元的感测方向垂直于第一方向，且这些第二磁电阻单元配置于这些第一磁电阻单元于一第二方向上的一侧。第一测试导线配置于这些第一磁电阻单元于一第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸。第二测试导线配置于这些第二磁电阻单元于第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸。驱动器电性连接至第一测试导线与第二测试导线，且用以在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经第一测试导线与第二测试导线。

在本发明的一实施例中，这些第一磁电阻单元与这些第二磁电阻单元包括多个各向异性磁电阻，且磁场感测装置包括至少一磁化方向设定元件，配置于这些第一磁电阻单元与这些第二磁电阻单元于第三方向上的一侧，且用以将这些各向异性磁电阻的磁化方向分别设定为第一方向与第一方向的反方向的至少其中之一。

在本发明的一实施例中，这些第一磁电阻单元与这些第二磁电阻单元被电性连接成至少一种惠斯通电桥，以输出对应于第二方向上的磁场分量的电压信号，或输出对应于第二方向上的磁场分量及第三方向上的磁场分量的电压信号。

在本发明的一实施例中，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向倾斜，每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向倾斜，且每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向相反于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向。

在本发明的一实施例中，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度。

在本发明的一实施例中，磁场感测装置还包括多个第四磁电阻单元、多个第四磁电阻单元、一第三测试导线及一第四测试导线。这些第三磁电阻单元沿着第一方向排列，其中每一第三磁电阻单元的感测方向垂直于第一方向。这些第四磁电阻单元沿着第一方向排列，其中每一第四磁电阻单元的感测方向垂直于第一方向，且这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元依序排列于第二方向。第三测试导线配置于这些第三磁电阻单元于第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸，其中第三测试导线与第一测试导线并联。第四测试导线配置于这些第四磁电阻单元于第三方向上的一侧，且沿着第一方向延伸，其中第四测试导线与第二测试导线并联。

在本发明的一实施例中，这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元被电性连接成至少一种惠斯通电桥，以输出对应于第二方向上的磁场分量的电压信号，或输出对应于第二方向上的磁场分量及第三方向上的磁场分量的电压信号。

在本发明的一实施例中，这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元包括多个各向异性磁电阻，且磁场感测装置包括至少一磁化方向设定元件，配置于这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元于第三方向上的一侧，且用以将这些各向异性磁电阻的磁化方向分别设定为第一方向与第一方向的反方向的至少其中之一。

在本发明的一实施例中，每一第一磁电阻单元的感测方向、每一第二磁电阻单元的感测方向、每一第三磁电阻单元的感测方向及每一第四磁电阻单元的感测方向皆相对于第二方向倾斜，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向相反于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向，每一第三磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向相同于每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向，且每一第四磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜方向。

在本发明的一实施例中，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度，每一第三磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度相同于每一第四磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度，且每一第一磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度相同于每一第三磁电阻单元的感测方向相对于第二方向的倾斜程度。

在本发明的一实施例中，磁场感测装置还包括一基板及一绝缘层。第一测试导线与第二测试导线配置于基板上。绝缘层覆盖第一测试导线与第二测试导线，绝缘层的顶部具有一凹槽，凹槽具有二个相对的倾斜侧壁，而这些第一磁电阻单元与这些第二磁电阻单元分别配置于二个倾斜侧壁上。

在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用了第一测试导线及第二测试导线，且由于利用驱动器在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经第一测试导线与第二测试导线，因此磁场感测装置能够内建自我测试的功能。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1A为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视示意图；

图1B为图1A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图；

图2A为图1A的磁场感测装置当驱动器对第一测试导线与第二测试导线施加反向电流时的上视示意图；

图2B为图2A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图；

图3A为图1A的磁场感测装置当驱动器对第一测试导线与第二测试导线施加同向电流时的上视示意图；

图3B为图3A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图；

图4A与图4B是用以说明图1A中的各向异性磁电阻的运作原理；

图5示出图1A的第一、第二、第三及第四磁电阻单元连接成一惠斯通电桥；

图6A为本发明的另一实施例的磁场感测装置的上视示意图；

图6B为图6A的磁场感测装置沿着II-II线的剖面示意图；

图7示出图6A的第一、第二、第三及第四磁电阻单元连接成另一种惠斯通电桥；

图8为本发明的又一实施例的磁场感测装置的上视示意图；

图9为本发明的再一实施例的磁场感测装置的测试导线的上视示意图；

图10为本发明的另一实施例的磁场感测装置的测试导线的上视示意图。

附图标号说明

100、100a、100b：磁场感测装置

110：第一磁电阻单元

120：第二磁电阻单元

130：第三磁电阻单元

140：第四磁电阻单元

210：第一测试导线

220：第二测试导线

230：第三测试导线

240：第四测试导线

250：第五测试导线

260：第六测试导线

300：各向异性磁电阻

310：短路棒

320：铁磁膜

400：驱动器

500、510、520：磁化方向设定元件

610：基板

620、630、640：绝缘层

642：凹槽

B1、B2：磁场

D：延伸方向

D1：第一方向

D2：第二方向

D3：第三方向

H：外在磁场

H1、H2：方向

i：电流

J1、J2：电流

L1、L2、L3、L4：倾斜侧壁

M：磁化方向

P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12：端点

S1、S2、S3、S4：感测方向

VDD：参考电压

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1A为本发明的一实施例的磁场感测装置的上视示意图，图1B为图1A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图。请参照图1A与图1B，本实施例的磁场感测装置100包括多个第一磁电阻单元110、多个第二磁电阻单元120、一第一测试导线210、一第二测试导线220及一驱动器400。这些第一磁电阻单元110沿着一第一方向D1排列，其中每一第一磁电阻单元110的感测方向S1垂直于第一方向D1。这些第二磁电阻单元120沿着第一方向D1排列，其中每一第二磁电阻单元120的感测方向S2垂直于第一方向D1，且这些第二磁电阻单元120配置于这些第一磁电阻单元110于一第二方向D2上的一侧。第一测试导线210配置于这些第一磁电阻单元110于一第三方向D3上的一侧，且沿着第一方向D1延伸。第二测试导线220配置于这些第二磁电阻单元120于第三方向D3上的一侧，且沿着第一方向D1延伸。在本实施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3彼此互相垂直。然而，在其它实施例中，第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3也可以是彼此不垂直的三个不同方向。

驱动器100电性连接至第一测试导线210与第二测试导线220，且用以在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经第一测试导线210与第二测试导线220。

在本实施例中，磁场感测装置100还包括多个第三磁电阻单元130、多个第四磁电阻单元140、一第三测试导线230及一第四测试导线240。这些第三磁电阻单元130沿着第一方向D1排列，其中每一第三磁电阻单元130的感测方向S3垂直于第一方向D1。这些第四磁电阻单元140沿着第一方向D1排列，其中每一第四磁电阻单元140的感测方向S4垂直于第一方向D1。第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140依序排列于第二方向D2。第三测试导线230配置于这些第三磁电阻单元130于第三方向D3上的一侧，且沿着第一方向D1延伸，其中第三测试导线230与第一测试导线210并联。第四测试导线240配置于这些第四磁电阻单元140于第三方向D3上的一侧，且沿着第一方向D1延伸，其中第四测试导线240与第二测试导线220并联。

图2A为图1A的磁场感测装置当驱动器对第一测试导线与第二测试导线施加反向电流时的上视示意图，而图2B为图2A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图。图3A为图1A的磁场感测装置当驱动器对第一测试导线与第二测试导线施加同向电流时的上视示意图，而图3B为图3A的磁场感测装置沿着I-I线的剖面示意图。请先参照图2A与图2B，在一第一时间时，驱动器400使两反向电流J1与J2分别流经第一测试导线210与第二测试导线220，且使两反向电流J1与J2分别流经第三测试导线230与第四测试导线240，其中电流J1的方向例如是朝向第一方向D1，而电流J2的方向例如是朝向第一方向D1的反方向。此时，在图2B的剖面上，第一测试导线210与第三测试导线230会产生逆时针方向的磁场B1，而使得这些第一磁电阻单元110与这些第三磁电阻单元130感受到平行于第二方向D2的磁场(例如是朝向第二方向D2的反方向的磁场)。此外，第二测试导线220与第四测试导线240会产生顺时针方向的磁场B2，而使得这些第二磁电阻单元120与这些第四磁电阻单元140感受到平行于第二方向D2的磁场(例如是朝向第二方向D2的磁场)，但其方向H1相反于第一磁电阻单元110与第三磁电阻单元130所感受到的磁场的方向H2。在本实施例中，方向H1与第二方向D2相反，而方向H2与第二方向D2相同。具体而言，驱动器400中的开关元件(switch)使端点P1与端点P3相接而导通，且驱动器400在端点P4注入电流，而使电流从端点P2流出，如此便能够在第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240分别产生电流J1、电流J2、电流J1及电流J2。

在不同于第一时间的一第二时间时，如图3A与图3B所示，驱动器400使同向电流J2流经第一测试导线210与第二测试导线220，且使同向电流J2流经第三测试导线230与第四测试导线240。此时，在图3B的剖面上，第一测试导线210、第二测试导线220、第三测试导线230及第四测试导线240皆产生顺时针方向的磁场B2，而使得这些第一磁电阻单元110、这些第二磁电阻单元120、这些第三磁电阻单元130及这些第四磁电阻单元140皆感受到平行于第二方向D2的磁场，且第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140所感受到的磁场的方向H2皆同向。具体而言，驱动器400中的开关元件(switch)使端点P1与端点P4相接而导通，且驱动器400在端点P2注入电流，而使电流从端点P3流出，如此便能够在第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240皆产生电流J2。

如此一来，在第一时间与第二时间所产生的磁场B1与B2便能够作为第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的参考磁场，而使得与第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的电路能够通过参考磁场来校正第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140，进而使本实施例的磁场感测装置100能够内建自我测试的功能。

请再参照图1A与图1B，在本实施例中，这些第一磁电阻单元110、这些第二磁电阻单元120、这些第三磁电阻单元130及这些第四磁电阻单元140包括多个各向异性磁电阻，且磁场感测装置100包括至少一磁化方向设定元件500(在图1A中是以两个磁化方向设定元件510与520为例)，配置于这些第一磁电阻单元110、这些第二磁电阻单元120、这些第三磁电阻单元130及这些第四磁电阻单元140于第三方向D3上的一侧，且用以将这些各向异性磁电阻的磁化方向分别设定为第一方向D1与第一方向D1的反方向的至少其中之一。举例而言，磁化方向设定元件510设置在图1A左半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的下方，而磁化方向设定元件520设置在图1A右半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的下方。磁化方向设定元件510与520例如为导线，其沿着第二方向D2延伸。磁化方向设定元件510适于被通以第二方向D2的反方向的电流，以将图1A左半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的磁化方向设定为第一方向D1的反方向，而磁化方向设定元件520适于被通以第二方向D2的电流，以将图1A右半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的磁化方向设定为第一方向D1。或者，磁化方向设定元件510适于被通以第二方向D2的电流，以将图1A左半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的磁化方向设定为第一方向D1，而磁化方向设定元件520适于被通以第二方向D2的反方向的电流，以将图1A右半边的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的磁化方向设定为第一方向D1的反方向。

图4A与图4B是用以说明图1A中的各向异性磁电阻的运作原理。请先参照图4A，图1A的第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的每一者可以包括一个或多个各向异性磁电阻300，各向异性磁电阻300具有理发店招牌(barber pole)状结构，亦即其表面设有相对于各向异性磁电阻300的延伸方向D倾斜45度延伸的多个短路棒(electricalshorting bar)310，这些短路棒310彼此相间隔且平行地设置于铁磁膜(ferromagneticfilm)320上，而铁磁膜320为各向异性磁电阻300的主体，其延伸方向即为各向异性磁电阻300的延伸方向D。此外，铁磁膜320的相对两端可制作成尖端状。

各向异性磁电阻300在开始量测外在磁场H之前，可先通过磁化方向设定元件510来设定其磁化方向，其中磁化方向设定元件510例如是可以通过通电产生磁场的线圈、导线、金属片或导体。在图4A中，磁化方向设定元件510可通过通电产生沿着延伸方向D的磁场，以使各向异性磁电阻300具有磁化方向M。

接着，磁化方向设定元件510不通电，以使各向异性磁电阻300开始量测外在磁场H。当没有外在磁场H时，各向异性磁电阻300的磁化方向M维持在延伸方向D上，此时施加一电流i，使电流i从各向异性磁电阻300的左端流往右端，则短路棒310附近的电流i的流向会与短路棒310的延伸方向垂直，而使得短路棒310附近的电流i流向与磁化方向M夹45度，此时各向异性磁电阻300的电阻值为R。

当有一外在磁场H朝向垂直于延伸方向D的方向时，各向异性磁电阻300的磁化方向M会往外在磁场H的方向偏转，而使得磁化方向与短路棒附近的电流i流向的夹角大于45度，此时各向异性磁电阻300的电阻值有-ΔR的变化，即成为R-ΔR，也就是电阻值变小，其中ΔR大于0。

然而，若如图4B所示，当图4B的短路棒310的延伸方向设于与图4A的短路棒310的延伸方向夹90度的方向时(此时图4B的短路棒310的延伸方向仍与各向异性磁电阻300的延伸方向D夹45度)，且当有一外在磁场H时，此外在磁场H仍会使磁化方向M往外在磁场H的方向偏转，此时磁化方向M与短路棒310附近的电流i流向的夹角会小于45度，如此各向异性磁电阻300的电阻值会变成R+ΔR，亦即各向异性磁电阻300的电阻值变大。

此外，通过磁化方向设定元件510将各向异性磁电阻300的磁化方向M设定为图4A所示的反向时，之后在外在磁场H下的图4A的各向异性磁电阻300的电阻值会变成R+ΔR。再者，通过磁化方向设定元件510将各向异性磁电阻300的磁化方向M设定为图4B所示的反向时，之后在外在磁场H下的图4B的各向异性磁电阻300的电阻值会变成R-ΔR。

综合上述可知，当短路棒310的设置方向改变时，各向异性磁电阻300的电阻值R对应于外在磁场H的变化会从+ΔR变为-ΔR或反之，且当磁化方向设定元件510所设定的磁化方向M改变成反向时，各向异性磁电阻300的电阻值R对应于外在磁场H的变化会从+ΔR变为-ΔR或反之。当外在磁场H的方向变为反向时，各向异性磁电阻300的电阻值R对应于外在磁场H的变化会从+ΔR变为-ΔR或反之。然而，当通过各向异性磁电阻300的电流i变成反向时，各向异性磁电阻300的电阻值R对应于外在磁场H的变化则维持与原来相同正负号，即原本若为+ΔR，改变电流方向后仍为+ΔR，若原本为-ΔR，改变电流方向后仍为-ΔR。

依照上述的原则，便可通过设计短路棒310的延伸方向D或磁化方向设定元件510所设定的磁化方向M来决定当各向异性磁电阻300受到外在磁场H的某一分量时，各向异性磁电阻300的电阻值R的变化方向，即电阻值R变大或变小，例如变化量是+ΔR或-ΔR。

图5示出图1A的第一、第二、第三及第四磁电阻单元连接成一惠斯通电桥(Wheatstone bridge)。请参照图1A及图5，这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140被电性连接成至少一种惠斯通电桥(例如图5所示出的惠斯通电桥)，以输出对应于第二方向D2上的磁场分量的电压信号。举例而言，当图5的惠斯通电桥的端点P5接收参考电压VDD，且使端点P6耦接至地，则端点P7与端点P8之间的电压差可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于在第二方向D2上的磁场分量的大小。其中，图5亦示出了第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的短路棒310的延伸方向，但这只是其中一种示例，在其它实施例中，第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的短路棒310的延伸方向可以是其它各种适当的延伸方向，本发明不以此为限。此外，图5所示出的惠斯通电桥也只是其中一种示例，在其它实施例中，亦可连接成其它连接方式的惠斯通电桥(也就是其它种惠斯通电桥)。

由于第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240在第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140所产生的参考磁场的方向皆平行于第二方向D2，因此当图5所示出的惠斯通电桥感测图3A的参考磁场时，便能够用来校正惠斯通电桥对第二方向D2磁场分量的感测准确度。

请参照图1B，在本实施例中，磁场感测装置100还包括一基板610、一绝缘层620及一绝缘层630。基板610例如为半导体基板或其它电路基板，而驱动器400配置于基板610中或基板610上。第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240配置于基板610上，而绝缘层630覆盖第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240。具体而言，绝缘层620覆盖第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240，磁化方向设定元件500配置于绝缘层620上，而绝缘层630覆盖磁化方向设定元件500，且第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140配置于绝缘层630上。

图6A为本发明的另一实施例的磁场感测装置的上视示意图，而图6B为图6A的磁场感测装置沿着II-II线的剖面示意图。请参照图6A与图6B，本实施例的磁场感测装置100a类似于图1A与图1B的磁场感测装置100，而两者的差异如下所述。本实施例的磁场感测装置100a还包括一绝缘层640，覆盖第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240。具体而言，在本实施例中，绝缘层640配置于绝缘层630上。绝缘层640的顶部具有多个凹槽642，每一凹槽642具有二个相对的倾斜侧壁。举例而言，图6B左边的凹槽具有二个相对的倾斜侧壁L1与L2，而图6B的右边的凹槽具有二个相对的倾斜侧壁L3与L4。这些第一磁电阻单元110与这些第二磁电阻单元120分别配置于倾斜侧壁L1与倾斜侧壁L2上，而这些第三磁电阻单元130与这些第四磁电阻单元140分别配置于倾斜侧壁L3与倾斜侧壁L4上。

由于这些第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140是配置于倾斜侧壁L1、L2、L3及L4上，因此每一第一磁电阻单元110的感测方向S1、每一第二磁电阻单元120的感测方向S2、每一第三磁电阻单元130的感测方向S3及每一第四磁电阻单元140的感测方向S4皆相对于第二方向D2倾斜。在本实施例中，每一第一磁电阻单元110的感测方向S1相对于第二方向D2的倾斜方向相反于每一第二磁电阻单元120的感测方向S2相对于第二方向D2的倾斜方向，每一第三磁电阻单元130的感测方向S3相对于第二方向D2的倾斜方向相同于每一第一磁电阻单元110的感测方向S1相对于第二方向D2的倾斜方向，且每一第四磁电阻单元140的感测方向S4相对于第二方向D2的倾斜方向相同于每一第二磁电阻单元120的感测方向S2相对于第二方向D2的倾斜方向。

在本实施例中，每一第一磁电阻单元110的感测方向S1相对于第二方向D2的倾斜程度相同于每一第二磁电阻单元120的感测方向S2相对于第二方向D2的倾斜程度，每一第三磁电阻单元130的感测方向S3相对于第二方向D2的倾斜程度相同于每一第四磁电阻单元140的感测方向S4相对于第二方向D2的倾斜程度，且每一第一磁电阻单元110的感测方向S1相对于第二方向D2的倾斜程度相同于每一第三磁电阻单元130的感测方向S3相对于第二方向D2的倾斜程度。

在本实施例中，由于第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140均设置于倾斜侧壁上，因此每一各向异性磁电阻既可以感测到第二方向D2的磁场分量，且可以感测到第三方向D3的磁场分量。因此，当第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140被连接成如图5的惠斯通电桥，且在端点P5接收参考电压VDD，且使端点P6耦接至地，则端点P7与端点P8之间的电压差可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于在第二方向D2上的磁场分量的大小，而第三方向D3上的磁场分量对第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的影响则在此惠斯通电桥内部被抵消，而使这些影响对于端点P7与端点P8之间的电压差没有贡献。也就是说，在连接成此惠斯通电桥时，可以只量测第二方向D2上的磁场分量，而不受第三方向D3上的磁场分量的影响。

此外，在另一时间中，第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140被连接成如图7的惠斯通电桥，且在端点P9接收参考电压VDD，且使端点P10耦接至地，则端点P11与端点P12之间的电压差可以为输出信号，此输出信号为一差分信号，其大小会对应于在第三方向D3上的磁场分量的大小，而第二方向D2上的磁场分量对第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140的影响则在此惠斯通电桥内部被抵消，而使这些影响对于端点P11与端点P12之间的电压差没有贡献。也就是说，在连接成此惠斯通电桥时，可以只量测第三方向D3上的磁场分量，而不受第二方向D2上的磁场分量的影响。

图5的惠斯通电桥与图7的惠斯通电桥的切换可通过位于基板610中的开关组件来实现。换言之，本实施例通过使第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140连接成两种不同的惠斯通电桥，以分别输出对应于第二方向D2上的磁场分量及第三方向上的磁场分量的电压信号。然而，在其它实施例中，亦可以只采用一种惠斯通电桥(例如只采用图5的惠斯通电桥)，但在另一时间通过磁化方向设定元件500改变第一与第三磁电阻单元110与130，使其磁化方向变为原本的反向，如此可以达到只使用一种惠斯通电桥就在两个不同的时间分别量测第二方向D2的磁场分量与第三方向D3的磁场分量的功能。而磁化方向设定元件500所产生的磁场切换，可通过设计磁化方向设定元件500的走线及通过基板610中的切换电路的切换来达成。

图8为本发明的又一实施例的磁场感测装置的上视示意图。请参照图8，本实施例的磁场感测装置100b与图1A的磁场感测装置100类似，而两者的差异如下所述。图1A的磁场感测装置100采用了第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140与第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230及240来感测磁场与自我校正，然而，在本实施例的磁场感测装置100b中，可以只采用第一及第二磁电阻单元110及120与第一及第二测试导线210及220来感测磁场与自我校正，而第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140可以被连接成惠斯通电桥，以感测第二方向D2上的磁场分量。类似的图6A的磁场感测装置100a也可以改成只采用第一及第二磁电阻单元110及120与第一及第二测试导线210及220来感测磁场与自我校正，而第一、第二、第三及第四磁电阻单元110、120、130及140可以被连接成至少一惠斯通电桥，来感测第二方向D2与第三方向D3上的磁场分量。

图9为本发明的再一实施例的磁场感测装置的测试导线的上视示意图。请参照图9，本实施例的磁场感测装置具有多组如图1A的第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230、240，而这些组测试导线中的第一与第三测试导线210与230彼此串联，且这些组测试导线中的第二与第四测试导线220与240彼此串联。此外，每一组第一、第二、第三及第四测试导线210、220、230、240上方也都分别有第一、第二、第三及第四磁电阻感测单元110、120、130、140，在图9中就不再示出出来。如此的磁场感测装置也能达到图1A的磁场感测装置的内建自我测试功能。

图10为本发明的另一实施例的磁场感测装置的测试导线的上视示意图。请参照图10，本实施例的磁场感测装置所具有的多组测试导线与图9的磁场感测装置所具有的多组测试导线类似，而两者的差异在于在本实施例中，每组测试导线还包括一第五测试导线250与一第六测试导线260，其分别类似于第三测试导线230与第四测试导线240，其中每一组测试导线中的第一、第三及第五测试导线210、230及250彼此并联，且每一组测试导线中的第二、第四及第六测试导线220、240及260彼此并联。此外，组与组间的第一、第三、第五测试导线210、230及250则是串联，且组与组间的第二、第四及第六测试导线220、240及260也是串联。此外，每一组第五与第六测试导线250及260上方也都分别有多个第五磁电阻感测单元与多个第六磁电阻感测单元，其分别类似于第一磁电阻感测单元110与第二磁电阻感测单元120，在图10中就不再示出出来。如此的磁场感测装置也能达到图1A的磁场感测装置的内建自我测试功能。

综上所述，在本发明的实施例的磁场感测装置中，由于采用了第一测试导线及第二测试导线，且由于利用驱动器在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经第一测试导线与第二测试导线，因此磁场感测装置能够内建自我测试的功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁场感测装置，其特征在于，包括：

多个第一磁电阻单元，沿着第一方向排列，其中每一第一磁电阻单元的感测方向垂直于所述第一方向；

多个第二磁电阻单元，沿着所述第一方向排列，其中每一第二磁电阻单元的感测方向垂直于所述第一方向，且所述多个第二磁电阻单元配置于所述多个第一磁电阻单元于第二方向上的一侧；

第一测试导线，配置于所述多个第一磁电阻单元于第三方向上的一侧，且沿着所述第一方向延伸；

第二测试导线，配置于所述多个第二磁电阻单元于所述第三方向上的一侧，且沿着所述第一方向延伸；

驱动器，电性连接至所述第一测试导线与所述第二测试导线，且用以在不同的时间分别使两同向电流及两反向电流流经所述第一测试导线与所述第二测试导线；

多个第三磁电阻单元，沿着所述第一方向排列，其中每一第三磁电阻单元的感测方向垂直于所述第一方向；

多个第四磁电阻单元，沿着所述第一方向排列，其中每一第四磁电阻单元的感测方向垂直于所述第一方向，且所述多个第一、第二、第三及第四磁电阻单元依序排列于所述第二方向；

第三测试导线，配置于所述多个第三磁电阻单元于所述第三方向上的一侧，且沿着所述第一方向延伸，其中所述第三测试导线与所述第一测试导线并联；以及

第四测试导线，配置于所述多个第四磁电阻单元于所述第三方向上的一侧，且沿着所述第一方向延伸，其中所述第四测试导线与所述第二测试导线并联。

2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述多个第一磁电阻单元与所述多个第二磁电阻单元包括多个各向异性磁电阻，且所述磁场感测装置包括至少一磁化方向设定元件，配置于所述多个第一磁电阻单元与所述多个第二磁电阻单元于所述第三方向上的一侧，且用以将所述多个各向异性磁电阻的磁化方向分别设定为所述第一方向与所述第一方向的反方向的至少其中之一。

3.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述多个第一磁电阻单元与所述多个第二磁电阻单元被电性连接成至少一种惠斯通电桥，以输出对应于所述第二方向上的磁场分量的电压信号，或输出对应于所述第二方向上的磁场分量及所述第三方向上的磁场分量的电压信号。

4.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向倾斜，每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向倾斜，且每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向相反于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向。

5.根据权利要求4所述的磁场感测装置，其特征在于，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度。

6.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述多个第一、第二、第三及第四磁电阻单元被电性连接成至少一种惠斯通电桥，以输出对应于所述第二方向上的磁场分量的电压信号，或输出对应于所述第二方向上的磁场分量及所述第三方向上的磁场分量的电压信号。

7.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，所述多个第一、第二、第三及第四磁电阻单元包括多个各向异性磁电阻，且所述磁场感测装置包括至少一磁化方向设定元件，配置于所述多个第一、第二、第三及第四磁电阻单元于所述第三方向上的一侧，且用以将所述多个各向异性磁电阻的磁化方向分别设定为所述第一方向与所述第一方向的反方向的至少其中之一。

8.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，每一第一磁电阻单元的感测方向、每一第二磁电阻单元的感测方向、每一第三磁电阻单元的感测方向及每一第四磁电阻单元的感测方向皆相对于所述第二方向倾斜，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向相反于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向，每一第三磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向相同于每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向，且每一第四磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜方向。

9.根据权利要求8所述的磁场感测装置，其特征在于，每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度相同于每一第二磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度，每一第三磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度相同于每一第四磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度，且每一第一磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度相同于每一第三磁电阻单元的感测方向相对于所述第二方向的倾斜程度。

10.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于，还包括：

基板，其中所述第一测试导线与所述第二测试导线配置于所述基板上；以及

绝缘层，覆盖所述第一测试导线与所述第二测试导线，所述绝缘层的顶部具有凹槽，所述凹槽具有二个相对的倾斜侧壁，而所述多个第一磁电阻单元与所述多个第二磁电阻单元分别配置于所述二个倾斜侧壁上。

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