專利名稱：用于在生物傳感器中感測(cè)雜散磁場(chǎng)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于感測(cè)由可磁化對(duì)象當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)和用于產(chǎn)生與所感測(cè)的雜散磁場(chǎng)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)的方法。本發(fā)明還涉及磁傳感器，其包括磁致電阻元件，用于感測(cè)由可磁化對(duì)象當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)和用于產(chǎn)生電對(duì)象信號(hào)，并且涉及包括這種傳感器的生物芯片，用于例如分子診斷生物樣本分析或化學(xué)樣本分析。
背景技術(shù)：
微陣列或生物芯片的引入正在使用于DNA(脫氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞和細(xì)胞碎片、組織成分等的樣本分析徹底變革。應(yīng)用是例如人類基因分型(例如，在醫(yī)院中或者由單個(gè)醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行)、醫(yī)學(xué)篩查、生物或藥理學(xué)研究、唾液中藥物檢測(cè)。生物芯片的目的是檢測(cè)和量化樣本、通常為溶液中生物分子的存在。
生物芯片，也稱作生物傳感器、生物傳感器芯片、生物微芯片、基因芯片或DNA芯片，在它們最簡(jiǎn)單的形式中，在生物芯片上的適當(dāng)界定的區(qū)域中包括襯底，大量不同的探針分子附著其上，將要分析的分子或分子碎片如果匹配可以與其結(jié)合。
術(shù)語“襯底”可以包括任何潛在材料或者可以使用的或在其上可以形成設(shè)備、電路或外延層的材料。術(shù)語“襯底”還可以包括諸如摻雜硅、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化銦(InP)、鍺(Ge)或鍺化硅(SiGe)襯底的半導(dǎo)體襯底。該“襯底”可以包括，例如，除了半導(dǎo)體襯底部分的諸如SiO2或Si3N4層的絕緣層。因此，術(shù)語“襯底”還包括玻璃、塑料、陶瓷、玻璃上硅、藍(lán)寶石上硅(silicon-on-sapphire)襯底。因此，術(shù)語“襯底”用于通常定義位于感興趣層或部分之下的層的成分。同樣，“襯底”可以是其上形成層的任何其他底部，例如玻璃或金屬層。
例如，DNA分子的碎片結(jié)合于一個(gè)獨(dú)有的互補(bǔ)DNA(cDNA)分子碎片。例如，通過使用耦合到要分析的分子的熒光標(biāo)記物，可以檢測(cè)結(jié)合反應(yīng)的發(fā)生。作為熒光標(biāo)記物的備選方案，可以使用可磁化對(duì)象作為耦合到要分析的分子的磁標(biāo)記物。本發(fā)明涉及后一種類型的標(biāo)記物。在生物芯片中，通常通過所謂超順磁珠(superparamagnetic bead)實(shí)現(xiàn)所述可磁化對(duì)象。這提供了在短時(shí)間內(nèi)并行分析大量不同分子或分子碎片中的少量的能力。一個(gè)生物芯片可以對(duì)10-1000或更多不同分子碎片進(jìn)行分析。所期望的是，在即將到來的十年期間，作為諸如人類基因工程的工程與對(duì)基因和蛋白質(zhì)的功能的后續(xù)研究的結(jié)果，從使用生物芯片而變得可獲得的信息的有用性將迅速增加。生物芯片機(jī)能的基本解釋已經(jīng)在公布為WO03/054523A2的本申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)中描述。
包括基于對(duì)超順磁珠的檢測(cè)的傳感器陣列(例如，100)的生物芯片可以用于同時(shí)測(cè)量樣本流體(例如，類似血液或唾液的溶液)中大量不同生物分子(例如，蛋白質(zhì)、DNA)的濃度。樣本流體包括靶分子種類或抗原。任何可以具有磁標(biāo)簽(標(biāo)記物)的生物分子可以得到可能應(yīng)用。測(cè)量可以通過將超順磁珠附著于靶、用施加的磁場(chǎng)使該磁珠磁化，并且使用(例如)巨磁致電阻(GMR)傳感器檢測(cè)磁化珠的雜散場(chǎng)而實(shí)現(xiàn)。
在當(dāng)前專利申請(qǐng)中，焦點(diǎn)是基于超順磁毫微粒的激勵(lì)的生物芯片。然而，同樣在類似各向異性磁致電阻(AMR)和隧道磁致電阻(TMR)的其他磁致電阻傳感器中的應(yīng)用，也是本發(fā)明的一部分。磁場(chǎng)發(fā)生器可以包括在導(dǎo)線中流動(dòng)的電流，其產(chǎn)生磁場(chǎng)，由此磁化超順磁珠。來自超順磁珠的雜散場(chǎng)在GMR中引入面內(nèi)磁化分量，其導(dǎo)致阻抗變化。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的背景，參考圖1和2。
圖2示出了襯底SBSTR上的磁傳感器MS的實(shí)施例。單一或多個(gè)這種傳感器可以集成在相同的襯底SBSTR上以形成生物芯片BCP，如圖1中示意性所示。磁傳感器MS包括磁場(chǎng)發(fā)生器，其在該范例中集成在襯底SBSTR中，例如通過第一電流導(dǎo)線WR1。其還可以包括第二(或者甚至更多)電流導(dǎo)線WR2。同樣，可以應(yīng)用其他代替電流導(dǎo)線的裝置以產(chǎn)生磁場(chǎng)H。磁場(chǎng)發(fā)生器還可以位于襯底SBSTR外部(外部激勵(lì))。在每個(gè)磁傳感器MS中，例如巨磁致電阻電阻器GMR的磁致電阻元件，集成在襯底SBSTR中以讀取由生物芯片BCP收集的信息，因而經(jīng)由可磁化對(duì)象讀取靶粒子TR的存在或不存在，由此確定或估計(jì)靶粒子TR的面密度?？纱呕瘜?duì)象優(yōu)選由所謂超順磁珠SPB實(shí)現(xiàn)。能夠選擇性地結(jié)合靶TR的結(jié)合部位BS附著于探針元件PE上。該探針元件PE附著于襯底SBSTR的頂部。
磁傳感器MS或更一般地生物芯片BCP的機(jī)能如下。每個(gè)探針元件PE裝配有某種類型的結(jié)合部位置BS。靶樣本TR呈現(xiàn)到或傳送到通入探針元件PE，并且如果結(jié)合部位置BS和靶樣本TR匹配，那么它們互相結(jié)合。超順磁珠SPB直接或間接耦合到靶樣本TR。超順磁珠SPB允許讀取由生物芯片BCP收集的信息。超順磁粒子是鐵磁粒子，由于在磁化測(cè)量的時(shí)標(biāo)上常見的熱致磁矩翻轉(zhuǎn)，當(dāng)施加磁場(chǎng)為零(zero applied magnetic field)時(shí)，其時(shí)間平均磁化為零。平均倒轉(zhuǎn)頻率由下列公式給出v=v0exp-KVkT]]>其中KV(其中k是磁各向異性能量密度，而V是粒子體積)是需要克服的能壘，而v0是翻轉(zhuǎn)嘗試頻率(典型值109s-1)，k是玻爾茲曼常數(shù)，而T是絕對(duì)溫度(開氏溫標(biāo))。
磁場(chǎng)H磁化超順磁珠SPB，其作為響應(yīng)產(chǎn)生可以由GMR檢測(cè)的雜散場(chǎng)SF。盡管并非必需的，GMR應(yīng)當(dāng)優(yōu)選以這種方式放置，即，穿過GMR的磁場(chǎng)H的部分垂直于GMR層的敏感方向。GMR對(duì)其敏感的總外部場(chǎng)由圖2中Hext指示。
雜散場(chǎng)SF具有水平分量(GMR層的敏感方向)，并且因而將在GMR的阻抗值上產(chǎn)生差別。這時(shí)，可以由傳感器MS輸送電輸出信號(hào)(例如，由當(dāng)被DC電壓偏壓時(shí)通過GMR的電流變化產(chǎn)生，圖1中未示出)，其是靶TR量的測(cè)量值。
不僅超順磁珠的量而且傳感器的總增益決定了傳感器輸出電壓的幅度。因此，應(yīng)當(dāng)例如通過在實(shí)際生物測(cè)量之前測(cè)量總增益，而知曉該總增益。同樣優(yōu)選地，校準(zhǔn)該總增益使得其等于所需值。而且，所需的是執(zhí)行串?dāng)_(cross-talk)隔離技術(shù)，用于測(cè)量由直接從磁場(chǎng)發(fā)生器(因而不經(jīng)由順磁珠)產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)致的磁串?dāng)_效應(yīng)。傳感器的總增益與諸如放大器(或緩存器)的各種元件，以及GMR的陡度相關(guān)。陡度是作為在磁致電阻元件的磁敏感方向上通過磁致電阻元件的磁場(chǎng)的函數(shù)的磁致電阻元件的阻抗的導(dǎo)數(shù)。即使執(zhí)行了串?dāng)_取消，在生物測(cè)量期間，放大器增益或所述GMR的陡度的值的任何改變可以對(duì)測(cè)量的精確度產(chǎn)生負(fù)面影響。在該方面，傳感器中最關(guān)鍵的部件是GMR。GMR的陡度以及因而傳感器的總增益，取決于難以控制的參數(shù)，例如施加的磁場(chǎng)、產(chǎn)品公差、老化效應(yīng)和溫度。因而，高度需要穩(wěn)定GMR的靈敏度。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是穩(wěn)定存在于磁傳感器中的GMR的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了磁傳感器，其包括用于感測(cè)由可磁化對(duì)象當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)和用于產(chǎn)生與所感測(cè)的雜散磁場(chǎng)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)的磁致電阻元件，該傳感器包括用于產(chǎn)生用于磁化可磁化對(duì)象的具有第一頻率的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生器，用于至少產(chǎn)生流過磁致電阻元件的具有第二頻率的AC電流的電流源，以及用于產(chǎn)生從電對(duì)象信號(hào)導(dǎo)出的電輸出信號(hào)的電子裝置，該電子裝置包括用于穩(wěn)定電輸出信號(hào)幅度的穩(wěn)定裝置，該穩(wěn)定裝置從信號(hào)分量的幅度中導(dǎo)出所述穩(wěn)定所需的其信息，所述信號(hào)分量在操作期間存在于對(duì)象信號(hào)中，其與磁致電阻元件的陡度線性相關(guān)。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，通過施加具有第二頻率的AC電流，感測(cè)的對(duì)象信號(hào)將不僅包括與感測(cè)的雜散磁場(chǎng)相關(guān)的信號(hào)分量，還包括其幅度與GMR的靈敏度相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)分量。通過電子裝置，可以從對(duì)象信號(hào)中將這種信號(hào)分量與剩余信號(hào)隔離，并且給出了用于GMR靈敏度的測(cè)量。這使得可以使總增益穩(wěn)定。
通過GMR的AC電流在GMR中引發(fā)內(nèi)部磁場(chǎng)。由于GMR堆棧中不對(duì)稱的電流分布，通過GMR的電流將在傳感器的敏感層中引入面內(nèi)磁場(chǎng)分量。該效應(yīng)可以解釋為內(nèi)部磁場(chǎng)串?dāng)_，并且將引起對(duì)于AC電流的平方幅度和對(duì)于GMR靈敏度為線性的電壓分量。對(duì)于AC電流平方幅度為線性還意味著對(duì)于與AC電流相關(guān)的第二諧波分量(因而具有高達(dá)第二頻率兩倍的頻率)為線性。因而，通過檢測(cè)對(duì)象信號(hào)中的第二諧波分量(與第二頻率相關(guān))和通過執(zhí)行一些動(dòng)作以抵消前述難以控制的參數(shù)的影響，可以執(zhí)行對(duì)GMR靈敏度的穩(wěn)定。可以使用其它諧波分量，例如第四諧波分量，代替第二諧波。然而，由于通常第二諧波占優(yōu)勢(shì)地存在，為了實(shí)現(xiàn)傳感器中可能的最高信噪比并因而實(shí)現(xiàn)生物傳感器測(cè)量的最高精確性，優(yōu)選使用第二諧波。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于，穩(wěn)定裝置包括用于產(chǎn)生通過磁致電阻元件具有第三頻率的另一AC電流的裝置，并且其特征在于信號(hào)分量是通過磁致電阻元件的電流中的、具有等于第三頻率或等于第三和第二頻率差值或等于第三和第二頻率總和的頻率的諧波分量。該另一AC電流優(yōu)選由用于產(chǎn)生另一磁場(chǎng)的另一磁場(chǎng)發(fā)生器的存在而產(chǎn)生。有時(shí)，較早提及的面內(nèi)磁場(chǎng)分量非常弱，并且因而，第二諧波分量也非常弱。這使得檢測(cè)第二諧波分量非常困難。其可能導(dǎo)致過于嘈雜的信號(hào)，由此消極地影響生物測(cè)量的精確性。通過增加該另一磁場(chǎng)，產(chǎn)生對(duì)象信號(hào)中的信號(hào)分量，使其具有等于第三頻率或等于第三和第二頻率差值或等于第三和第二頻率總和的頻率。所有這些信號(hào)分量與GMR的靈敏度線性相關(guān)，并且可以獨(dú)立或組合地分離，并且用于以如在先參考對(duì)第二諧波分量的檢測(cè)所解釋的相應(yīng)的方式來穩(wěn)定傳感器的總增益。
穩(wěn)定GMR靈敏度的一個(gè)途徑是通過增加用于調(diào)整磁致電阻元件的陡度的陡度調(diào)整裝置。這可以例如通過改變流過磁致電阻元件的DC電流的值來執(zhí)行。作為備選，陡度調(diào)整通過改變?cè)摿硪淮艌?chǎng)中的DC值分量來執(zhí)行，例如，通過改變另一DC電流中的DC分量。增益調(diào)整裝置可以包括用于同步檢測(cè)信號(hào)分量的同步檢測(cè)器，以及用于將所檢測(cè)的信號(hào)分量與磁致電阻元件的陡度的靶值進(jìn)行比較，并且用于輸送誤差信號(hào)作為比較結(jié)果的裝置。該誤差信號(hào)改變了流過GMR的電流的DC值或者該另一磁場(chǎng)(或另一電流)中的DC值。通過這樣做，創(chuàng)建了負(fù)反饋環(huán)路，其中誤差信號(hào)將得到控制使其等于(或接近)零。結(jié)果，將使得GMR的靈敏度等于靶值(并且因而得到穩(wěn)定)。
穩(wěn)定GMR靈敏度的另一途徑是通過增加用于調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)到電輸出信號(hào)的電子傳遞中的增益值的增益調(diào)整裝置。既然現(xiàn)在沒有其中合并了GMR的負(fù)反饋環(huán)路，由于不會(huì)發(fā)生不需要的振蕩和過沖，比前述方式更易于設(shè)計(jì)。該增益調(diào)整裝置可以包括用于同步檢測(cè)信號(hào)分量的同步檢測(cè)器，以及用于將所檢測(cè)的信號(hào)分量與磁致電阻元件的陡度的靶值進(jìn)行比較并且用于輸送誤差信號(hào)作為比較結(jié)果的裝置。該控制信號(hào)用于改變?cè)鲆嬷怠?br> 在另一實(shí)施例中，在生產(chǎn)期間，將超順磁珠應(yīng)用于參考傳感器。這可以通過例如點(diǎn)樣(spotting)(類似噴墨點(diǎn)樣)適當(dāng)定義的磁珠的表面密度濃度或適當(dāng)定義的磁珠的體積密度來實(shí)現(xiàn)。
這些磁珠可以用于校準(zhǔn)傳遞函數(shù)。如果對(duì)于樣本流體中自由移動(dòng)的磁珠屏蔽傳感器，這是如果磁珠覆蓋足夠大的情況，在實(shí)際生物測(cè)量期間，傳遞函數(shù)也可以得到穩(wěn)定。
在另一實(shí)施例中，通過改變外磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度或者通過由平移或旋轉(zhuǎn)來改變外磁體的位置，來控制GMR的靈敏度。
該電子裝置可以包括另一同步檢測(cè)器和頻率低通濾波器，同步檢測(cè)器用于在第一頻率和/或第一和第二頻率差值和/或第一和第二頻率總和上，同步檢測(cè)對(duì)象信號(hào)或者對(duì)象信號(hào)的增益調(diào)整版本；頻率低通濾波器用于對(duì)從另一檢測(cè)器得到的信號(hào)進(jìn)行濾波和用于輸送電輸出信號(hào)作為濾波結(jié)果。這樣，電輸出信號(hào)是純DC信號(hào)，其是對(duì)靶TR量的測(cè)量值，并且因而是對(duì)樣本流體中生物分子濃度的測(cè)量值。
作為備選，參考傳感器的增益通過測(cè)量對(duì)參考傳感器附近的至少一條場(chǎng)產(chǎn)生導(dǎo)線的響應(yīng)而獲得。重要的是對(duì)于參考傳感器表面上或者溶液中的磁珠不敏感，因?yàn)樵谏餃y(cè)量期間磁珠的數(shù)量可能波動(dòng)并且擾亂穩(wěn)定機(jī)制。因此，優(yōu)選通過忽略表面上的結(jié)合區(qū)域、其通過合適地屏蔽、通過使磁珠遠(yuǎn)離傳感器或者通過在超順磁珠的響應(yīng)帶寬上的頻率處的測(cè)量，而使磁珠避免在參考傳感器附近。作為備選，磁珠以適當(dāng)定義的方式吸引到傳感器表面。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，其可以將參考傳感器與傳感器上自由移動(dòng)的磁珠屏蔽，這避免了所述磁珠影響GMR的穩(wěn)定機(jī)制。該吸引力可以通過由傳感器附近的磁場(chǎng)產(chǎn)生導(dǎo)線引入的磁場(chǎng)梯度而產(chǎn)生。
如果需要，在將磁珠吸引到表面之后，表面附近的磁珠可以通過將其(磁地)沖洗掉而移除。作為備選，磁珠可以在生產(chǎn)期間應(yīng)用于參考傳感器。這可以通過例如點(diǎn)樣(類似噴墨點(diǎn)樣)適當(dāng)定義的磁珠的表面密度濃度或適當(dāng)定義的磁珠的體積密度來實(shí)現(xiàn)。這些磁珠可以用于在生物測(cè)量期間的增益穩(wěn)定。優(yōu)選地，所述磁珠將磁場(chǎng)與樣本流體中自由移動(dòng)的磁珠屏蔽。作為備選，切斷了順磁珠的響應(yīng)。結(jié)果，僅測(cè)量磁串?dāng)_，其可以用于穩(wěn)定總增益。這可以通過施加例如具有在磁珠的磁響應(yīng)頻率之上的頻率ω3的、垂直于GMR的敏感方向的垂直磁場(chǎng)來完成。該場(chǎng)充滿(saturizes)這些磁珠，結(jié)果僅測(cè)量來自電流導(dǎo)線的磁串?dāng)_。該信號(hào)指示增益，并且因而可以用于保持增益為常數(shù)。其也可以通過對(duì)珠施加磁滯(借助于附加磁場(chǎng))而實(shí)現(xiàn)。這些磁珠被調(diào)整到它們的線性區(qū)域，其對(duì)于檢測(cè)是必需的。如果然后取走附加場(chǎng)，這些磁珠將不再響應(yīng)于磁場(chǎng)，并且因而然后僅測(cè)量串?dāng)_。
本發(fā)明還提供了用于穩(wěn)定磁傳感器中磁致電阻元件的陡度的方法，所述磁傳感器用于感測(cè)由可磁化對(duì)象當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)和用于產(chǎn)生與該感測(cè)的雜散磁場(chǎng)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)，所述方法包括這些步驟—產(chǎn)生具有第一頻率的磁場(chǎng)，用于磁化可磁化對(duì)象，—產(chǎn)生流過磁致電阻元件的具有第二頻率的AC電流—從電對(duì)象信號(hào)產(chǎn)生電輸出信號(hào)，以及—通過檢測(cè)存在于對(duì)象信號(hào)中和與磁致電阻元件的陡度線性相關(guān)的信號(hào)分量，來穩(wěn)定電輸出信號(hào)的幅度。
本發(fā)明還提供了包括發(fā)明性磁傳感器的生物芯片。該生物芯片可以包括多個(gè)磁傳感器，其中至少一個(gè)發(fā)明性傳感器用作參考傳感器，并且其中通過使用從參考傳感器導(dǎo)出的信息來執(zhí)行對(duì)磁致電阻元件的陡度調(diào)整或?qū)υ鲆嬲{(diào)整裝置的調(diào)整以調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)到其他傳感器中的電輸出信號(hào)的電子傳遞的增益值。
優(yōu)選地，以與執(zhí)行磁珠激勵(lì)相同的頻率范圍測(cè)量GMR的靈敏度。這樣，可以實(shí)現(xiàn)最高信噪比。任選地，傳感器可以包括所謂的惠斯通電橋(Wheatstone bridge)或者半惠斯通電橋，其中合并了一個(gè)或多個(gè)GMR。


將參考附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中圖1示出了包括襯底和多個(gè)磁傳感器的生物芯片；圖2示出了具有集成磁場(chǎng)激勵(lì)的磁傳感器的實(shí)施例；圖3示出了GMR的阻抗作為GMR層對(duì)磁場(chǎng)敏感的方向上的磁場(chǎng)分量的函數(shù)；圖4示出了部分磁傳感器，其中除了來自磁珠的磁場(chǎng)，出于說明的原因，還示出了由GMR自身產(chǎn)生的內(nèi)部產(chǎn)生場(chǎng)；圖5示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其中存在用于調(diào)整流過GMR的DC電流的裝置；圖6示出了GMR堆棧的橫截面，其中示意性地指示了流過堆棧的電流；圖7示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其包括增益調(diào)整裝置，用于調(diào)整在從電對(duì)象信號(hào)到電輸出信號(hào)的電子傳遞的增益值；圖8示出了用于調(diào)整增益值的備選發(fā)明性實(shí)施例的示意圖；圖9示意性地示出了用于產(chǎn)生具有第三頻率的另一磁場(chǎng)的導(dǎo)線的有利位置的范例；圖10示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其中存在用于調(diào)整流過GMR的DC電流的裝置并且其中存在具有第三頻率的另一磁場(chǎng)；圖11示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其包括增益調(diào)整裝置，用于調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)到電輸出信號(hào)的電子傳遞的增益值，并且其中存在具有第三頻率的另一磁場(chǎng)；圖12示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，作為如圖10中所示的實(shí)施例的備選，其中調(diào)整該另一磁場(chǎng)中的DC值；以及圖13和14示出了傳感器陣列，其中一個(gè)發(fā)明性傳感器作為參考傳感器，并且其中借助于從參考傳感器導(dǎo)出的信息來穩(wěn)定其他傳感器中的GMR的陡度。
附圖僅是示意性的，而非限制性的。在附圖中，一些元件的大小可能被放大并且未按比例描繪，并且僅是出于圖示目的。對(duì)于附圖的描述僅為解釋本發(fā)明的原理，而不可以理解為將本發(fā)明限制到該描述和/或附圖。
具體實(shí)施例方式
圖3示出了GMR的阻抗作為磁場(chǎng)分量Hext的函數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意到，GMR靈敏度sGMR=dRGMRdHext]]>不是常數(shù)，而與Hext相關(guān)。其還與由GMR堆棧中不對(duì)稱的電流分布導(dǎo)致的任何內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)相關(guān)。
在如圖2中所示的傳感器MS中，代替巨磁致電阻GMR，可以應(yīng)用具有與磁場(chǎng)相關(guān)的特性(參數(shù))的任何其他裝置，諸如類似隧道磁致電阻(TMR)或各向異性磁致電阻(AMR)的某些類型的電阻器。在AMR、GMR或TMR材料中，當(dāng)一層或多層的磁化方向由于施加磁場(chǎng)而改變時(shí)，電阻發(fā)生改變。GMR是用于在所謂轉(zhuǎn)換磁層之間具有導(dǎo)體夾層的分層結(jié)構(gòu)的磁致電阻，而TMR是用于包括磁金屬電極層和介電夾層的分層結(jié)構(gòu)的磁致電阻。
在GMR技術(shù)中，已經(jīng)開發(fā)了這樣的結(jié)構(gòu)，其中兩層非常薄的磁膜非常緊貼。通常通過將第一磁膜保持緊密接近交換偏壓層(exchange bias layer)(固定第一磁膜的磁性取向的抗鐵磁材料層)而使第一磁膜不動(dòng)，這意味著其磁性取向固定。第二磁層或自由層，具有自由的可變磁性取向。在起源于超順磁粒子SPB的磁化的改變的本情況中，磁場(chǎng)中的改變導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)自由磁層的磁性取向，其反過來，增加或減少了GMR結(jié)構(gòu)的阻抗。當(dāng)傳感器和不動(dòng)的層磁性地定向在相同的方向上時(shí)，通常產(chǎn)生低阻抗。當(dāng)傳感器和不動(dòng)的層(膜)的磁性取向彼此相反時(shí)，產(chǎn)生較高阻抗。
在由通過絕緣(隧道)屏障分離的兩個(gè)鐵磁電極層形成的系統(tǒng)中，可以觀察到TMR。該屏障必須非常薄，例如，為1nm的量級(jí)。只有那樣，電子可以隧穿該屏障。這是量子力學(xué)傳送過程。通過使用交換偏壓層，可以改變一層的磁校準(zhǔn)，而不影響其它層。本情況中，源自超順磁粒子SPB磁化改變的磁場(chǎng)改變，導(dǎo)致傳感器膜的磁性取向的旋轉(zhuǎn)，其反過來增加或減少TMR結(jié)構(gòu)的阻抗。
鐵磁材料的AMR的阻抗取決于電流與磁化方向之間的角度。該現(xiàn)象由于鐵磁材料的電子散射橫截面的不對(duì)稱性。
圖4示出了部分磁傳感器，其中除了磁場(chǎng)Hext(來自磁珠)，還示出了由GMR自身產(chǎn)生的內(nèi)部產(chǎn)生場(chǎng)Hint。提供DC電流IDC的電流源IBIAS和提供具有第二頻率ω2的AC電流I2sinω2t的AC電流源AC2，耦合到磁致電阻元件GMR。因而，這兩股電流的總和流過GMR，并且用感測(cè)電流is指示。感測(cè)電流is引發(fā)穿過GMR的信號(hào)(電壓)UGMR。由輸送對(duì)象信號(hào)UOB的放大器AMP放大電壓UGMR。感測(cè)電流is在GMR己中產(chǎn)生內(nèi)部磁場(chǎng)Hint＝α·isense。因此，通過為感測(cè)電流is選擇合適的值，圖3中所示的曲線可以水平“移動(dòng)”并且可以選擇合適的GMR靈敏度。內(nèi)部磁場(chǎng)Hint的作用可以解釋為內(nèi)磁串?dāng)_，并且將引起信號(hào)UGMR中的電壓分量eint=sGMR·α·is2,]]>其中sGMR是GMR的靈敏度，而α是常值。作為結(jié)果，GMR電壓包含第二諧波信號(hào)，其用于穩(wěn)定GMR靈敏度。這如下說明。GMR的敏感層中的總面內(nèi)磁化Hx等于Hx＝Hext+Hint＝Hext+α·is。
該信號(hào)UGMR可以表示為uGMR=is(RGMR+SGMR·(Hext+α·is))=is(RGMR+SGMR·Hext)+is2·SGMR·α]]>通過代入is＝IDC+I2sinω2tuGMR=(IDC+I2sinω2t)(RGMR+SGMR·Hext)+(IDC2+2IDCI2sinω2t+I22sin2ω2t)·SGMR·α]]>來自磁珠的磁場(chǎng)等于Hext＝H1sinω1t那么，可以對(duì)信號(hào)UGMR導(dǎo)出下列表達(dá)式uGMR=IDC·(RGMR+SGMR·α·IDC)+12I22·SGMR·α+I2sinω2t·(RGMR+SGMR·α·2IDC)]]>+IDC·SGMR·H1sinω1t+12I2·SGMR·H1[cos(ω1-ω2)t-cos(ω1+ω2)t]]]>-12I22·SGMR·α·cos2ω2t]]>用于信號(hào)UGMR的后者表達(dá)式中最后一項(xiàng)等于-12I22·SGMR·α·cos2ω2t]]>并且因而是與第二頻率ω2相關(guān)的第二諧波分量。此外，GMR的靈敏度sGMR線性存在于該最后一項(xiàng)中。因而借助于該最后一項(xiàng)，可以穩(wěn)定靈敏度。這可以通過同步地解調(diào)作為信號(hào)UGMR的放大版本(amplified version)的對(duì)象信號(hào)UOB而執(zhí)行。
該解調(diào)的結(jié)果是正比于sGMR和獨(dú)立于H1的DC分量。
圖5示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其中，存在用于調(diào)整流過GMR的DC電流的裝置。除了圖4的示意圖之外，存在下列元件第一乘法器MP1、第二乘法器MP2、(第一)頻率低通濾波器LPF1、減法器DFF以及積分濾波器INT。第一乘法器MP1通過將對(duì)象信號(hào)UOB與信號(hào)cos2ω2t相乘來同步地解調(diào)對(duì)象信號(hào)UOB。(為了簡(jiǎn)化，選擇該圖和其它圖中的幅度等于“1”，但這不能解釋為限制)所得到的信號(hào)是DC值，并且從靶值STR中減去所得到的信號(hào)。所得到的誤差信號(hào)被輸送到積分濾波器INT。積分濾波器INT的輸出信號(hào)用于調(diào)整電流源IBIAS的DC值IDC。注意到，元件“AMP ”、“MP1”、DFF、“INT”、“IBIAS”形成負(fù)反饋環(huán)路。因此，如果反饋環(huán)路的增益足夠高，減法器DFF的輸出端(＝積分濾波器INT的輸入端)的誤差信號(hào)將控制到近似為零。因此，傳感器的有效靈敏度將等于靶值STR(并且因而被穩(wěn)定)。這樣穩(wěn)定的對(duì)象信號(hào)UOB由第二乘法器MP2同步解調(diào)，其將對(duì)象信號(hào)UOB與cos(ω1-ω2)t或者cos(ω1+ω2)t或sin(ω1)t，或者這三個(gè)信號(hào)的組合相乘。在第二乘法器MP2的輸出端得到的信號(hào)UMP2，由低通濾波器LPF1濾波，并且輸送電輸出信號(hào)U0，其是純DC信號(hào)，且是對(duì)靶TR(參見圖2)的量和因而是對(duì)樣本流體中生物分子濃度的測(cè)量值。
圖6示出了GMR堆棧的橫截面，其中示意性地示出流過堆棧的電流。之前提到的參數(shù)α和sGMR都是GMR堆棧中電流分布的函數(shù)。圖6示出了GMR堆棧中的電流分布，其中心位于自由(敏感)層FL和不動(dòng)的層PL之間的非磁性層NML中。移動(dòng)感測(cè)電流is的重心到正好位于敏感層FL下的最優(yōu)位置，導(dǎo)致在敏感層FL中由感測(cè)電流is誘發(fā)更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度，其增加了穩(wěn)定電路的控制范圍和增益。這可以通過最優(yōu)化堆棧中的阻抗平衡而實(shí)現(xiàn)，例如通過將低歐姆層加到堆棧中或者通過改變堆棧中不同層的厚度來實(shí)現(xiàn)。
由感測(cè)電流is產(chǎn)生的施加的磁場(chǎng)Hint(參見圖5)，聚集在GMR中，從而在傳感器表面附近的磁珠SPB(參見圖2)和施加的傳感器電流之間存在可忽略的相互作用。因此，該方法可以同時(shí)應(yīng)用實(shí)際磁珠測(cè)量。
注意到，由于非線性GMR特征，諧波失真分量可忽略，這是因?yàn)橛筛袦y(cè)電流is所誘發(fā)的磁場(chǎng)的AC幅度小。
圖7示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其包括增益調(diào)整裝置，用于調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)UOB到電輸出信號(hào)U0的電子傳遞的增益值。下文中，圖7的電路與圖5的電路不同。不存在積分濾波器INT和減法器DFF，因而沒有反饋環(huán)路。因此同樣地，電流源IBIAS的DC值IDC不受誤差信號(hào)的控制。此外，除圖5的電路之外，圖7的電路包括增益調(diào)整器GADPT，其具有耦合到放大器AMP的輸出端用于接收對(duì)象信號(hào)UOB的信號(hào)輸入端，和具有耦合到第二乘法器MP2的輸入端用于輸送作為對(duì)象信號(hào)UOB的增益調(diào)整版本的信號(hào)UOBG的信號(hào)輸出端。此外，除了圖5的電路以外，圖7的電路包括另一頻率低通濾波器LPF2，其耦合在第一乘法器MP1的輸出端和增益調(diào)整器GADPT的控制輸入端之間。電路操作如下。類似圖5的電路中，對(duì)象信號(hào)UOB乘以(同步解調(diào))信號(hào)cos2ω2t。得到的信號(hào)由另一低通濾波器LPF2濾波，所述低通濾波器輸送控制信號(hào)到增益調(diào)整器GADPT的控制輸入端。由于存在另一低通濾波器LPF2，該控制信號(hào)是純DC信號(hào)。該控制信號(hào)與存在于增益調(diào)整器GADPT的參考輸入端的靶值STR相比。增益調(diào)整器GADPT的增益由下列等式表達(dá)UOBUOBG=sTRG+δ]]>其中G是由另一低通濾波器LPF2輸送的DC信號(hào)值，并且因而與GMR的靈敏度sGMR相關(guān)，而δ確定增益調(diào)整器GADPT的最大可能增益。因而，類似圖5的電路中，穩(wěn)定了傳感器的有效靈敏度。圖7的電路與圖5的電路相比的優(yōu)點(diǎn)是，現(xiàn)在不存在反饋環(huán)路，并且因而相對(duì)于穩(wěn)定性(避免過沖和振蕩)，該電路更易于設(shè)計(jì)且不取決于GMR的感測(cè)電流相關(guān)的增益控制特性。代替圖7中的所示位置，增益調(diào)整器GADPT也可以位于第二乘法器MP2之后。
圖8示出了用于調(diào)整增益值的備選發(fā)明性實(shí)施例的示意圖。下文中，圖8的電路在結(jié)構(gòu)上與圖5的電路不同。在圖8中，第三乘法器MP3具有耦合到放大器AMP的輸出端的第一輸入端并且具有耦合到第一和第二乘法器MP1和MP2的共同連接點(diǎn)的輸出端。此外，在圖8的電路中，積分濾波器INT的輸出端不耦合到電流源IBIAS，而是耦合到乘法器MP3的第二輸入端。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖8的電路結(jié)構(gòu)示出了與圖5的電路結(jié)構(gòu)的大量相似之處，但是這兩個(gè)電路的操作原理不同。圖8電路的操作原理類似于圖7電路的操作原理?；旧希瑘D8中由元件“MP3”、“MP1”、“DFF”、“INT ”形成的(負(fù))反饋環(huán)路，執(zhí)行與圖7中由元件“MP1”、“LPF2”、“GADPT”形成的前饋環(huán)路相似的功能。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然圖8的電路包括反饋環(huán)路，但是類似圖5中，將不期望可能對(duì)于與穩(wěn)定性相關(guān)的設(shè)計(jì)來說的復(fù)雜性，因?yàn)樵摲答伃h(huán)路在環(huán)路中包含較少元件；電流源IBIAS和GMR未出現(xiàn)在反饋環(huán)路中。
圖10示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其中存在用于調(diào)整流過GMR的DC電流的裝置并且其中存在具有第三頻率ω3的另一磁場(chǎng)H3sinω3t。圖10的電路與圖5的電路的結(jié)構(gòu)差別在于，存在由另一AC電流源AC3和另一導(dǎo)線WR3實(shí)現(xiàn)的另一磁場(chǎng)發(fā)生器。另一AC電流源AC3提供流過另一導(dǎo)線WR3的另一AC電流I3sinω3t，所述另一導(dǎo)線作為響應(yīng)產(chǎn)生另一磁場(chǎng)H3sinω3t。在所有情況中，應(yīng)用圖10的電路是有利的，其中內(nèi)部產(chǎn)生的磁場(chǎng)Hint很小，從而難以(過多噪聲信號(hào))精確地檢測(cè)對(duì)象信號(hào)UOB中的第二諧波分量。(注意到，Hint＝α·is下面的箭頭意圖指示比之前的圖小。)所以，基本上在GMR中誘發(fā)具有頻率ω3的AC電流，并且其承擔(dān)第二諧波分量的功能。因而，具有等于ω3-ω2和等于ω3+ω2的頻率的諧波分量，發(fā)生在流過GMR的電流中。結(jié)果，這些分量還存在于穿過GMR的信號(hào)UGMR和對(duì)象信號(hào)UOB中。電路的操作還類似于圖5中的電路的操作，除了現(xiàn)在不在頻率2ω2上，而在ω3-ω2、ω3+ω2或ω1上同步檢測(cè)對(duì)象信號(hào)UOB之外。這由第一乘法器MP1執(zhí)行，其將對(duì)象信號(hào)UOB與cos(ω1-ω2)t或者cos(ω1+ω2)t或sin(ω1)t，或者這三個(gè)信號(hào)的組合相乘。
圖9示意性地示出了用于產(chǎn)生另一磁場(chǎng)H3sinω3t的另一導(dǎo)線WR3的有利位置的范例。由于該另一導(dǎo)線WR3位于GMR下，該另一磁場(chǎng)不(或幾乎不)到達(dá)超順磁珠SPB。這是因?yàn)镚MR對(duì)該另一磁場(chǎng)形成屏蔽。此外同樣地，與從磁珠到GMR的距離相比，從另一導(dǎo)線WR3到超順磁珠SPB的距離相對(duì)較大。
作為圖9中導(dǎo)線WR3的位置的備選，導(dǎo)線WR3也可以定位在GMR附近?，F(xiàn)在磁珠SPB更接近導(dǎo)線WR3，從而磁珠SPB可能擾亂對(duì)GMR的靈敏度sGMR的測(cè)量。該效應(yīng)可以通過在大大超過磁珠SPB的響應(yīng)帶寬的頻率，因而在頻率ω3≥1τneel]]>測(cè)量靈敏度sGMR而得到抑制。
時(shí)間常數(shù)τneel是所謂的Neel弛豫時(shí)間(參見對(duì)于Nell弛豫R.Ktiz等人的“Journal of Magnetism and Magnetic Materials“，194(1999)，第62頁。)一般說來通過增加ω3，來自超順磁珠SPB的響應(yīng)將減少。通過在寬頻范圍上掃描(sweep)ω3，可以重新獲得關(guān)于磁傳感器的增益和靈敏度以及因而關(guān)于磁珠SPB數(shù)量的信息。
作為備選，鄰近(或者在GMR下)的導(dǎo)線WR3產(chǎn)生DC磁場(chǎng)，以便控制靈敏度sGMR。該方法將可能產(chǎn)生不可忽略的場(chǎng)梯度，其可能激勵(lì)磁珠SPB。僅在增益穩(wěn)定和生物測(cè)量(測(cè)量來自磁珠的響應(yīng))期間產(chǎn)生DC場(chǎng)，可以最小化該效應(yīng)。
作為另一備選，通過相對(duì)于生物芯片改變外磁體(永磁鐵或電磁鐵)的強(qiáng)度或位置(平移、旋轉(zhuǎn))，來控制靈敏度sGMR。
外磁體還可能在GMR中產(chǎn)生波動(dòng)磁場(chǎng)，以便執(zhí)行對(duì)靈敏度sGMR的測(cè)量。
圖11示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，其包括增益調(diào)整裝置，用于調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)UOB到電輸出信號(hào)U0的電子傳遞的增益值，并且其中存在具有第三頻率ω3的另一磁場(chǎng)發(fā)生器?；旧希撾娐返慕Y(jié)構(gòu)類似于圖7的電路，但是增加了包括導(dǎo)線WR3和AC電流源AC3的另一磁場(chǎng)發(fā)生器。增加該另一磁場(chǎng)發(fā)生器是出于如與較早參考圖10提及的相同理由。
圖12示出了發(fā)明性實(shí)施例的示意圖，作為如圖10中所示的實(shí)施例的備選，其中，代替調(diào)整DC電流源IBIAS，通過調(diào)整附加DC電流源來調(diào)整該另一磁場(chǎng)中的DC值，所述附加DC電流源提供流過導(dǎo)線WR3的DC分量IDC。
圖13和14示出了傳感器陣列，其中一個(gè)發(fā)明性傳感器充當(dāng)參考傳感器RFS，并且其中其它生物傳感器陣列BSA中的GMR的陡度借助于從參考傳感器RFS導(dǎo)出的信息而穩(wěn)定。每個(gè)傳感器的DC感測(cè)電流is由相同的增益校正值校正。β表示對(duì)參考傳感器RFS中的感測(cè)電流is的第二諧波的檢測(cè)。表示增益校正值的環(huán)路濾波器的輸出α，控制每個(gè)傳感器中DC感測(cè)電流的幅度。假設(shè)對(duì)于陣列中每個(gè)傳感器，GMR增益變化相同。由于傳感器互相接近地位于相同的生物芯片上，這是有利的假設(shè)。作為圖13的系統(tǒng)的備選，圖14的系統(tǒng)包括導(dǎo)線(線圈)，其產(chǎn)生朝向各個(gè)GMR的可調(diào)整的DC磁場(chǎng)，用于控制GMR(代替通過調(diào)整流過GMR的DC電流來控制GMR)。
應(yīng)當(dāng)注意到，上述實(shí)施例說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)備選實(shí)施例，而不脫離如隨附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的范圍。在權(quán)利要求中，圓括號(hào)中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)理解為限制權(quán)利要求?？傮w上，詞語“包含”和“包括”等不排除存在除了列在任何權(quán)利要求或申請(qǐng)中的元件之外的元件存在。元件的單一參考不排除這種元件的多個(gè)參考。在相互不同的從屬權(quán)利要求中引用了某些測(cè)量的這一事實(shí)，并不指示不能使用這些測(cè)量的組合。說明書和權(quán)利要求書中類似頂部、底部、之上、之下等的任何術(shù)語，是用于描述性的，而并非用于描述相對(duì)位置所必需的。應(yīng)當(dāng)理解，這樣使用的術(shù)語可以在適當(dāng)?shù)那闆r下可以互換，并且在此描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以除了附圖描述或圖示的其它方式操作。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器(MS)，其包括磁致電阻元件(GMR)，用于感測(cè)由可磁化對(duì)象(SPB)當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)(SF)和用于產(chǎn)生與所感測(cè)的雜散磁場(chǎng)(SF)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)(UOB)，該傳感器(MS)包括用于產(chǎn)生用于磁化可磁化對(duì)象(SPB)的具有第一頻率(ω1)的磁場(chǎng)(H，Hext)的磁場(chǎng)發(fā)生器(WR1，WR2)，用于至少產(chǎn)生流過所述磁致電阻元件(GMR)的具有第二頻率(ω2)的AC電流(I2sinω2t)的電流源(AC2)，以及用于產(chǎn)生從所述電對(duì)象信號(hào)(UOB)導(dǎo)出的電輸出信號(hào)(U0)的電子裝置，所述電子裝置包括用于穩(wěn)定所述電輸出信號(hào)(U0)幅度的穩(wěn)定裝置，所述穩(wěn)定裝置從信號(hào)分量的幅度中導(dǎo)出所述穩(wěn)定所需的其信息，所述信號(hào)分量在操作期間存在于所述對(duì)象信號(hào)(UOB)中，其與所述磁致電阻元件(GMR)的陡度線性相關(guān)，該陡度定義為作為在磁致電阻元件(GMR)的磁敏感方向上通過所述磁致電阻元件的磁場(chǎng)的函數(shù)的所述磁致電阻元件(GMR)的阻抗的導(dǎo)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述信號(hào)分量是在流過所述磁致電阻元件(GMR)的AC電流中，與所述第二頻率(ω2)相關(guān)的第二諧波分量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置包括用于產(chǎn)生流過所述磁致電阻元件(GMR)的具有第三頻率(ω3)的另一AC電流(I3sinω3t)的裝置(AC3)，并且其特征在于所述信號(hào)分量是流過所述磁致電阻元件(GMR)的電流中的諧波分量，所述諧波分量具有等于所述第三頻率(ω3)或等于所述第三和所述第二頻率的差值(ω3-ω2)或等于所述第三和所述第二頻率的總和(ω3+ω2)的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述傳感器包括另一磁場(chǎng)發(fā)生器(WR3)，用于產(chǎn)生具有所述第三頻率(ω3)的另一磁場(chǎng)(H3sinω3t)，以引發(fā)另一AC電流的產(chǎn)生。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于所述穩(wěn)定裝置包括用于調(diào)整所述磁致電阻元件的陡度的陡度調(diào)整裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于所述陡度調(diào)整通過改變流過所述磁致電阻元件的DC電流值來執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于所述穩(wěn)定裝置包括用于調(diào)整所述磁致電阻元件的陡度的陡度調(diào)整裝置，其中通過改變所述另一磁場(chǎng)中的DC值分量來執(zhí)行所述陡度調(diào)整。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的傳感器，其特征在于所述陡度調(diào)整裝置包括用于同步檢測(cè)所述信號(hào)分量的同步檢測(cè)器(MP1)，和用于將所檢測(cè)的信號(hào)分量與所述磁致電阻元件的陡度的靶值(sTR)進(jìn)行比較且用于輸送誤差信號(hào)作為比較結(jié)果的裝置，并且其特征在于所述誤差信號(hào)形成用于改變流過所述磁致電阻元件的DC電流值或所述另一磁場(chǎng)中的DC值分量的基礎(chǔ)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的傳感器，其特征在于，所述穩(wěn)定裝置包括用于調(diào)整從所述電對(duì)象信號(hào)到所述電輸出信號(hào)的電子傳遞的增益值的增益調(diào)整裝置(GADPT)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其特征在于，所述增益調(diào)整裝置包括用于同步檢測(cè)所述信號(hào)分量的同步檢測(cè)器(MP1)，和用于將所檢測(cè)的信號(hào)分量與所述磁致電阻元件的陡度的靶值(sTR)進(jìn)行比較且用于輸送控制信號(hào)作為比較結(jié)果的裝置，該控制信號(hào)形成了用于改變所述增益值的基礎(chǔ)。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述電子裝置包括另一同步檢測(cè)器(MP2)和頻率低通濾波器(LPF1)，所述同步檢測(cè)器(MP2)用于在所述第一頻率和/或所述第一和所述第二頻率的差值，和/或所述第一和所述第二頻率的總和上，同步檢測(cè)所述對(duì)象信號(hào)(UOB)或者所述對(duì)象信號(hào)的增益調(diào)整版本(UOBG)，所述頻率低通濾波器(LPF1)用于對(duì)從所述另一檢測(cè)器(MP2)得到的信號(hào)進(jìn)行濾波，且用于輸送所述電輸出信號(hào)(U0)作為濾波結(jié)果。
12.一種生物芯片，包括任一前述權(quán)利要求所述的磁傳感器。
13.一種包括多個(gè)磁傳感器的生物芯片，其中根據(jù)權(quán)利要求1-12所述的至少一個(gè)傳感器用作參考傳感器(RFS)，并且其中通過使用從所述參考傳感器(RFS)導(dǎo)出的信息來執(zhí)行其它傳感器(BSA)中的磁致電阻元件的陡度調(diào)整或增益調(diào)整裝置的調(diào)整，所述增益調(diào)整裝置用于調(diào)整從電對(duì)象信號(hào)到電輸出信號(hào)的電子傳遞中的增益值。
14.一種用于穩(wěn)定磁傳感器中磁致電阻元件陡度的方法，所述磁傳感器用于感測(cè)由可磁化對(duì)象當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)和用于產(chǎn)生與所感測(cè)的雜散磁場(chǎng)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)，所述陡度定義為作為在所述磁致電阻元件的磁敏感方向上通過所述磁致電阻元件的磁場(chǎng)的函數(shù)的所述磁致電阻元件的阻抗的導(dǎo)數(shù)，所述方法包括如下步驟-產(chǎn)生具有第一頻率的、用于磁化可磁化對(duì)象的磁場(chǎng)，-產(chǎn)生流過所述磁致電阻元件的、具有第二頻率的AC電流，-從所述電對(duì)象信號(hào)產(chǎn)生電輸出信號(hào)，以及-通過檢測(cè)存在于對(duì)象信號(hào)中并且與所述磁致電阻元件的陡度線性相關(guān)的信號(hào)分量，來穩(wěn)定所述電輸出信號(hào)的幅度。
全文摘要
一種磁傳感器(MS)，其包括磁致電阻元件(GMR)，用于感測(cè)由可磁化對(duì)象(SPB)當(dāng)磁化時(shí)產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)(SF)和用于產(chǎn)生與所感測(cè)的雜散磁場(chǎng)(SF)相關(guān)的電對(duì)象信號(hào)(UOB)，該傳感器(MS)包括用于產(chǎn)生用于磁化可磁化對(duì)象(SPB)的具有第一頻率(ω
文檔編號(hào)G01N27/72GK101065660SQ200580040924
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者J·A·H·M·卡爾曼, B·M·德布爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司