供的三維人機(jī)交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用了本發(fā)明提供的單芯片三軸磁感 應(yīng)器，該單芯片三軸磁場(chǎng)傳感器能直接輸出X、Y、Z三個(gè)方向的磁信號(hào)，無(wú)需使用算法來(lái)進(jìn) 行計(jì)算。此外，其制備無(wú)需刻槽形成斜坡，直接通過(guò)雙次沉積便能得到該三軸磁場(chǎng)傳感器， 其含有的X軸傳感器和Y軸傳感器相互垂直，它們含有的磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化 方向也相互垂直。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中的單芯片三軸磁場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明中的單芯片三軸磁場(chǎng)傳感器的數(shù)字信號(hào)處理電路原理圖；
[0024] 圖3為X軸傳感器和Y軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為X軸傳感器中磁電阻元件周?chē)拇艌?chǎng)分布圖；
[0026] 圖5為X軸傳感器中MTJ元件所在位置與所感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線；
[0027] 圖6為X軸傳感器的響應(yīng)曲線；
[0028] 圖7為X軸傳感器的電路不意圖；
[0029] 圖8為Z軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖9為Z軸傳感器在Z方向磁場(chǎng)中的磁通量控制器周?chē)拇艌?chǎng)分布圖；
[0031] 圖10為Z軸傳感器的電路原理示意圖；
[0032] 圖11為Z軸傳感器在X方向磁場(chǎng)中的磁通量控制器周?chē)拇艌?chǎng)分布圖；
[0033] 圖12為Z軸傳感器在Y方向磁場(chǎng)中的磁通量控制器周?chē)拇艌?chǎng)分布圖；
[0034] 圖13為Z軸傳感器的響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為使對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的 實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下：
[0036] -種慣性追蹤模塊，包括慣性追蹤模塊；所述慣性追蹤模塊包括三軸陀螺儀、三軸 加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器；所述三軸加速度傳感器包括兩個(gè)加速計(jì)；所述 兩個(gè)加速計(jì)相隔一定距離設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀設(shè)置在人體上；所述三軸傳感器 設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器均與所述控 制器連接。
[0037] 本發(fā)明中的三軸磁傳感器為單芯片三軸磁場(chǎng)傳感器。圖1為單芯片三軸磁場(chǎng)傳感 器在XY平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器包括基片1，在基片1上集成設(shè)置有X軸傳感器3、 Y軸傳感器4、Z軸傳感器5以及多個(gè)用于輸入輸出的焊盤(pán)2,其中，X軸傳感器3和Y軸傳 感器4的結(jié)構(gòu)相同，只是排布方向不同，二者相互垂直。在圖1中，X軸傳感器3中的元件 縱向排布，而Y軸傳感器4中的元件橫向排布，但X軸傳感器3中的元件也可以橫向排布， 此時(shí)Y軸傳感器4中元件縱向排布即可。X軸傳感器3包括感應(yīng)元件串11、參考元件串12 以及X-磁通量控制器8,Y軸傳感器4包括感應(yīng)元件串13、參考元件串14以及Y-磁通量 控制器9,其中參考元件串12, 14分別位于X-磁通量控制器8、Y-磁通量控制器9的下方， 感應(yīng)元件串11，13分別位于相鄰兩個(gè)X-磁通量控制器8之間的間隙處和相鄰兩個(gè)Υ-磁通 量控制器的間隙處，感應(yīng)元件串11，13和參考元件串12, 14均由一個(gè)或多個(gè)相同的磁電阻 傳感元件電連接構(gòu)成。Ζ軸傳感器包括Ζ-磁通量控制器10、磁電阻傳感元件15, 16,其中磁 電阻傳感元件15, 16分別電連接成列，排布于Ζ-磁通量控制器10下方的兩側(cè)。此外，構(gòu)成 參考元件串12, 14的磁電阻傳感元件也可以分別位于X-磁通量控制器8和Υ-磁通量控制 器9的上方，此時(shí)，Ζ軸傳感器中的磁電阻傳感元件15, 16位于Ζ-磁通量控制器10上方的 兩側(cè)。
[0038] 所有磁電阻傳感元件為GMR自旋閥或者TMR傳感元件，其形狀可以為方形、菱形或 者橢圓形，但并不限于以上形狀。X軸傳感器3和Ζ軸傳感器5中磁電阻傳感元件的釘扎層 的磁化方向6相同，均沿X軸方向，但X軸傳感器3和Υ軸傳感器4中磁電阻傳感元件的釘 扎層的磁化方向6和7相互垂直。在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，所述磁電阻傳感元件通過(guò)永磁偏置、 雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結(jié)合來(lái)使磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁 化方向垂直。所有磁通量控制器均為矩形長(zhǎng)條陣列，它們?cè)诖怪庇诖烹娮鑲鞲性斣鷮?磁化方向上的長(zhǎng)度大于沿著磁電阻傳感元件釘扎層磁化方向的長(zhǎng)度，并且其組成材料均為 軟鐵磁合金，該合金可包括Ni、Fe、Co、Si、B、Ni、Zr和Α1中的一種元素或幾種元素，但并 不限于以上元素。焊盤(pán)2里包括了X軸傳感器3、Y軸傳感器4和Z軸傳感器5中的輸入輸 出連接焊盤(pán)。基片1上可含有ASIC，或者與另外的獨(dú)立的ASIC芯片相電連接，圖中未示出 ASIC。在本實(shí)施例中，采用的是焊盤(pán)引線鍵合來(lái)進(jìn)行封裝，也可采用硅通孔、倒裝芯片、球柵 陣列封裝（BGA)、晶圓級(jí)封裝（WLP)以及板上芯片封裝（C0B)等技術(shù)對(duì)該單芯片三軸線性磁 場(chǎng)傳感器進(jìn)行封裝。圖2為單芯片三軸線性磁場(chǎng)傳感器的數(shù)字信號(hào)處理電路原理圖。X軸 傳感器3、Y軸傳感器4和Z軸傳感器5感測(cè)到的磁場(chǎng)信號(hào)通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理電路50中的 ADC41進(jìn)行模擬數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸送給數(shù)據(jù)處理器42,處理后的信 號(hào)通過(guò)I/O輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外磁場(chǎng)的測(cè)量。該數(shù)字信號(hào)處理電路50可能位于基片1上， 也有可能位于另外一個(gè)ASIC芯片上，該ASIC芯片與基片1相互電連接。
[0039] 圖3為圖1中X軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。該X軸傳感器為參考全橋結(jié)構(gòu)，包括參 考臂和感應(yīng)臂，其中參考臂上包括多個(gè)位于X-磁通量控制器下方的參考元件串12,感應(yīng)臂 上包括多個(gè)對(duì)于X-磁通量控制器間隙9處的感應(yīng)元件串11，感應(yīng)元件串11和參考元件串 相互交錯(cuò)排放，沿著X-磁通量控制器的長(zhǎng)度方向排布，每個(gè)參考元件串12至少與一個(gè)感應(yīng) 元件串11相鄰，每個(gè)感應(yīng)元件串11也至少與一個(gè)參考元件串12相鄰。每個(gè)感應(yīng)元件串11 與相鄰的參考元件串12之間均相隔間距L，間距L很小，優(yōu)選地為20~100微米。感應(yīng)臂、 參考臂和焊盤(pán)17-20之間可以用電連接導(dǎo)體21連接。焊盤(pán)17-20分別作為輸入端Vbias、 接地端GND以及輸出端VI，V2,對(duì)應(yīng)于圖1中最左邊的四個(gè)焊盤(pán)。圖4為圖3中的感應(yīng)元件 串11和參考元件串12周?chē)拇艌?chǎng)分布。從圖中可以看出，位于X-磁通量控制器8間隙處 的感應(yīng)元件串11所感應(yīng)到的磁場(chǎng)幅度增強(qiáng)，而位于X-磁通量控制器8下方的參考元件串 12所感應(yīng)到的磁場(chǎng)幅度降低，由此可見(jiàn)，X-磁通量控制器8能起到衰減磁場(chǎng)的作用。
[0040] 圖5為圖3中的感應(yīng)元件串11與參考元件串12的所在位置與所感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的 關(guān)系曲線，其中，Bsns34為感應(yīng)元件串11所感應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，Bref35為參考元件串12所感 應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度Bext= 100G。從圖中可以得到：Bsns= 160G，Bref= 25G。 根據(jù)下面的公式（1)與（2)，便可得知相應(yīng)的增益系數(shù)Asns和衰減系數(shù)Aref的大小。
[0041 ] Bsns=Asns*Bext(1)
[0042]Bref=Aref*Bext(2)
[0043] 將Bext = 100G, Bsns = 160G, Bref = 25G代入上面兩式中，便可算出：
[0044] l〈Asns= 1. 6〈100,