磁場成像系統的制作方法
【專利說明】磁場成像系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月12日提交的名稱為“MAGNETIC SENSOR” (磁傳感器)的美國臨時專利申請N0.61/778，326的優先權權益；其每一者在不與本文的公開內容不一致的程度下以引用方式并入。

【發明內容】

[0003]根據一個實施例，磁場成像儀包括:傳感器基板，其包括頂部表面和底部表面；多個磁傳感器，其布置在陣列中并設置在傳感器基板的底部表面之下或上；以及微控制器，其設置在傳感器基板上并被配置成控制多個磁傳感器的感測。數據接口可操作地耦合到微控制器并被配置成使得能夠在微控制器與磁場分析電路之間進行數據通信。
[0004]根據一個實施例，生成對應于磁場的圖像的方法包括:操作在磁傳感器陣列中的多個磁傳感器以生成對應于與磁傳感器中的每一個一致的磁場強度的相應多個數據值，將所述多個數據值傳遞到磁場分析電路，通過磁場分析電路生成對應于所述多個數據值的磁場圖像，以及輸出磁場圖像。
【附圖說明】
[0005]圖1根據一個實施例的磁場成像儀的示意圖。
[0006]圖2是根據一個實施例的圖1的磁場傳感器的實施例的側面剖視圖。
[0007]圖3A是根據一個實施例的響應于第一近場磁場模式的圖1的磁場分析電路的第一磁圖輸出。
[0008]圖3B是根據一個實施例的響應于第二近場磁場模式的圖1的磁場分析電路的第二磁圖輸出。
[0009]圖4是根據一個實施例的包括圖像傳感器的磁場成像儀的框圖。
[0010]圖5是根據一個實施例的顯示生成對應于磁場的圖像的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]在以下【具體實施方式】中，參考形成本文一部分的附圖。除非在上下文中另外指明，否則在附圖中類似的符號通常表示類似的部件。在不脫離本發明的精神或范圍的前提下，可采用其他實施例和/或可進行其他更改。
[0012]如本文所用，術語“底部表面”和“頂部表面”是相對的。傳感器基板可在邊緣傾斜，例如，這將導致底部表面在基板的一側上而頂部表面在基板的相對側上。一般來講，術語“底部表面”是指旨在指向磁場源的表面，而術語“頂部表面”是指旨在遠離磁場源的表面。在自動化電路測試設備(ATE)系統中，使所測試的電路板水平呈現給磁成像系統，該系統朝著受測電路板向下“看”，因而這樣選擇術語。出于確定范圍的目的，發明人的意圖是，術語“頂部表面”和“底部表面”(及相關術語，諸如“之上”和“之下”)將被一般解釋為基板的相對表面，該表面旨在相應地遠離和指向待檢測和表示以觀察或進一步處理的磁場源。
[0013]如本文所用的術語“磁場圖像”是指穿過和跨過設置在磁傳感器陣列中的若干磁強計的每一個的磁場強度的圖形表示。示意性圖解說明包括表面圖或熱圖。磁場圖像可使用樣條函數以形成跨越陣列中磁傳感器之間的間隙的連續圖像而生成。
[0014]圖1是根據一個實施例的磁場成像儀100的示意圖。磁場成像儀100包括傳感器基板102。傳感器基板102限定頂部表面104和底部表面106。多個磁傳感器108布置在陣列110中。多個磁傳感器108可設置在傳感器基板102的底部表面106之下或上。在一個實施例中，多個磁傳感器包括多個標量磁強計。在另一個實施例中，多個磁傳感器包括多個矢量磁強計。
[0015]微控制器112也可設置在傳感器基板102上。微控制器112被配置成控制多個磁傳感器108的感測。數據接口 114可操作地耦合到微控制器112并被配置成在微控制器112與磁場分析電路116之間提供數據通信接口。
[0016]磁場成像儀100可被配置成在無低溫冷卻的情況下操作。例如，磁場成像儀100被配置成在無冷卻、僅有傳導冷卻、僅有對流冷卻或僅有傳導和對流冷卻的正常室內環境條件下操作。
[0017]多種類型的磁傳感器108可用在磁傳感器陣列110中。一般來講，磁傳感器108作為磁強計操作，并可被配置為標量或矢量(例如，3軸)磁強計。可根據例如系統對靈敏度、捕獲時間、成本和傳感器密度的要求而選擇磁傳感器技術。
[0018]根據多種實施例，磁傳感器108可包括自旋電子傳感器、無自旋交換弛豫(SERF)磁強計、磁阻傳感器、磁感傳感器、磁通門磁強計和/或霍爾效應磁強計。根據多個實施例，磁傳感器108包括非低溫冷卻的傳感器，其磁場靈敏度比地球磁場強度低至少兩個數量級。
[0019]圖2是根據一個實施例的圖1的磁場傳感器的實施例200的側面剖視圖。傳感器基板102可包括印刷電路板118。微控制器112可設置在印刷電路板118的頂部表面104上。多個磁傳感器108可設置在印刷電路板118的底部上或附近以感測下面的近場電磁特征，并可與印刷電路板118的底部間隔開。
[0020]多個磁傳感器108可設置在多個傳感器模塊202中，這些模塊物理耦合到印刷電路板118的底部。多個傳感器模塊202中至少一部分的每一個可包括傳感器模塊。傳感器模塊可被配置成響應于沿著至少三條軸的磁場而感測局域磁場。多個傳感器模塊202中的每一個可包括X軸磁傳感器204、Y軸磁傳感器206、Z軸磁傳感器208和集成電路控制器210。集成電路控制器210可包括專用集成電路(ASIC)或其他可編程電路。專用集成電路(ASIC)或其他可編程電路可被配置成與微控制器112以及與傳感器模塊上的多個磁傳感器 204、206、208 連接。
[0021]例如，每個傳感器模塊可以是由美國加利福利亞州圣羅莎的PNI傳感器公司(PNISensor Corporat1n of Santa Rosa，California，USA)生產的型號為 RM3000F 的傳感器模塊。又如，每個傳感器模塊可以是可得自美國德克薩斯州奧斯丁的飛思卡爾半導體公司(Freescale Semiconductor Inc.0f Austin，Texas，USA)的磁傳感器模塊。又如，每個傳感器模塊可以是諸如可得自瑞士日內瓦的意法半導體(STMicroelectronics of Geneva,Switzerland)的LIS3MDL型的磁傳感器模塊。
[0022]傳感器基板102可包括設置在磁傳感器陣列之上的接地層212。電源層214可設置在接地層212之上。一個或多個信號層216可設置在電源層214之上。絕緣層217通常設置在傳感器基板102的表面上和傳導層212、214、216、216之間。至少接地層212可被配置成將磁傳感器陣列與從微控制器112傳導的電磁信號屏蔽開。
[0023]磁場成像儀100根據一個實施例可包括磁屏蔽218。磁屏蔽218可設置在傳感器基板102之下或傳感器基板102的底部表面106上。多個磁傳感器204、206、208可設置在磁屏蔽218之下。磁屏蔽218可包含mu-metal (高導磁合金)。除了 mu-metal之外或作為另外一種選擇，可以使用多種磁屏蔽材料。例如，可單獨使用或組合使用的磁屏蔽材料包括Co-Netic、supermalloy (超透石茲合金)、supermumetal (超導石茲合金)、nilomag、sanbold、鉬坡莫合金、Sendust、M-1040、Hipernom、HyMu-80 和 Amumetal0
[0024]參見圖1和圖2，多個磁傳感器204、206、208可被布置為傳感器模塊。每個傳感器模塊可被配置成感測沿著多條感測軸的局域磁場。
[0025]多個磁傳感器204、206、208可被布置為多個傳感器模塊202。微控制器112可被配置成一次僅使一個傳感器模塊操作以感測與每個相應傳感器模塊一致的相應局域磁場。微控制器112可被配置成當傳感器模塊正在操作以感測局域磁場時暫停讀寫操作。除此之外或作為另外一種選擇，微控制器112可被配置成暫停讀寫操作直到正在操作的傳感器模塊切換接口針腳或直到發生超時。
[0026]多個磁傳感器204、206、208可被布置為多個傳感器模塊202。微控制器112可通過串行外圍設備接口總線可操作地耦合到每個傳感器模塊。
[0027]微控制器112可被配置成一次僅使多個磁傳感器204、206、208中的一個磁傳感器或一組磁傳感器檢測相應的局域磁場。
[0028]磁成像儀可被配置成在約100毫秒或更短的時間內檢測電磁圖像。
[0029]數據接口 114可包括通用串行總線(usb)端口。磁成像儀可被配置為usb端口上的外圍設備。微控制器112可被配置成當微控制器112導致磁傳感器或磁傳感器模塊檢測局域磁場時斷開usb端口的數據線與從usb端口接收的電源或接地之間的導通。
[0030]將usb端口的數據線與電源或接地斷開可用于使主機作為磁場分析電路116操作以停止通過USb端口進行數據傳輸。這可用于減小從主機傳導的信號干擾磁場檢測的機會。
[0031]磁傳感器108的陣列110可包括2X2或更大的陣列大小。磁傳感器可布置在模塊中，而每個模塊包括多條檢測軸。2X2或更大的陣列包括2X2陣列模塊。除此之外或作為另外一種選擇，磁傳感器陣列可包括4X4或更大的陣列大小。
[0032]微控制器112可包括具有引導ROM和RAM的ARM Cortex M3。根據一個實施例，磁成像儀可包括被配置成從5V降至3.3V的線性穩壓器。可屏蔽線性穩壓器。
[0033]可提供傳感器陣列選擇器(其可例如包括跳線陣列)以向微控制器112提供關于