一种平衡磁电阻混频器制造技术

本发明专利技术公布了一种平衡磁电阻混频器，包括第一螺旋线圈、第二螺旋线圈、平衡桥式磁电阻传感器和磁屏蔽层，第一螺旋线圈和第二螺旋线圈分别位于磁屏蔽层和平衡桥式磁电阻传感器之间，平衡桥式磁电阻传感器包括由四个磁电阻桥臂构成的磁电阻全桥及与磁电阻全桥电源端相连磁电阻平衡臂，四个磁电阻桥臂两两位于第一螺旋线圈上方或下方具有相反电流方向的第一子区域和第二子区域内，而磁电阻平衡臂则位于第二螺旋线圈上方或下方具有相同电流方向的第三子区域内，第一频率信号源通过第一螺旋线圈输入，第二频率信号源通过第二螺旋线圈输入，混频信号通过磁电阻全桥信号输出端输出，该混频器具有输入信号与电源相互隔离，线性好，结构简单特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁传感器
，特别涉及一种平衡磁电阻混频器。
技术介绍
混频器指将频率为f1的信号源与频率为f2的信号源转变成具有f1+f2和f1-f2特征频率输出信号的电子器件。通过混频器，从而使得信号源频率移动到高频或低频位置，从而方便进行信号处理，例如通过混频技术将信号频率发生移动，从而同噪音信号分离开来，进而通过滤波技术可以将噪音过滤掉，再通过混频技术使得信号频率恢复到原来的数值，从而可以实现噪音信号的处理。因此，混频技术在信号处理电路技术中得到广泛应用。目前使用的混频器包括无源和有源两种类型，无源混频器采用一个或多个二极管，利用二极管电流-电压特征曲线的非线性段近似具有二次方特征来实现乘法运算，操作时将两个输入信号之和作用于二极管，则进一步将二极管输出电流信号转变成电压信号即可以得到包含两个信号乘积的输出项。有源混频器采用乘法器(例如晶体管或真空管)增加乘积信号强度，通过将输入频率信号和本振频率进行混频，从而可以得到包含两个频率的加法和减法的信号输出频率，有源混频器提高了两个输入端的隔离程度，但可能具有更高噪音，并且其功耗也更大。以上混频器存在如下问题：1)二极管混频器采用近似处理方法，输出信号除了包含所需频率之外，还存在着其他频率，而且其信号强度还比较大，需要后续采用滤波器等技术来分离噪音，才能得到所需信号。2)有源混频器采用本振实现频率混合，输出信号包含多种其他频率，同样需要采用滤波器进行分离，而且乘法器以及本振等器件，增加了电路的复杂程度和功耗。3)输入信号和输出信号无法实现有效的隔离，之间会产生相互影响。为了解决以上存在的问题，中国专利201310313538.3提出了一种磁阻混频器，利用磁电阻传感器随外磁场变化具有良好线性关系的特点，将其中一种频率信号转变成磁场信号，通过电流流过线圈来产生，另外一种频率信号转变成电源信号作用于磁电阻传感器，则磁阻传感器输出信号即为两种频率的乘法运算信号，所得频率为其之和或差，而没有其他多余的信号，从而不需要滤波器等其他元件；由于线圈和传感器之间采用磁场耦合，从而实现了输入信号之间以及输入信号和输出信号的有效隔离。但是，上述磁阻混频器存在如下问题，第一频率信号和第二频率信号除了作为混频器的信号源之外，还作为磁电阻传感器的电源信号，通常情况下，电源信号幅度大于信号源幅度，从而影响了混频器对第二频率信号的选择。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种平衡磁电阻混频器，其第一频率信号源和第二频率信号源一样都是通过螺旋线圈作用于磁电阻臂来实现混频，同时电压源具有单独稳定的特征，避免了同时作为电源和信号源所引入的难题。本专利技术是根据以下技术方案实现的：本专利技术的一种平衡磁电阻混频器，其包括螺旋线圈、平衡桥式磁电阻传感器及磁屏蔽层，所述螺旋线圈位于所述磁屏蔽层和所述平衡桥式磁电阻传感器之间，所述螺旋线圈包括第一螺旋线圈和第二螺旋线圈，所述第一螺旋线圈的上表面或下表面具有第一子区域和第二子区域，所述第一子区域与第二子区域内的电流方向相反，所述第二螺旋线圈的上表面或下表面具有第三子区域，所述第三子区域内的电流为同一方向，所述平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域内，所述磁电阻平衡臂位于所述第三子区域内，所述第一螺旋线圈输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出混频信号，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。进一步的，所述磁电阻平衡臂为一个，这一个磁电阻平衡臂与磁电阻全桥电源输出端或输入端连接；或者，所述磁电阻平衡臂为两个，这两个磁电阻平衡臂分别与磁电阻全桥电源输出端和输入端连接。进一步的，所述磁电阻桥臂和所述磁电阻平衡臂分别包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N和M分别为大于或等于1的正整数。进一步的，所述磁电阻桥臂中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第一螺旋线圈的电流方向，所述磁电阻平衡臂中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第二螺旋线圈的电流方向，所述第一子区域内的磁隧道结与第二子区域内的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征呈反向。进一步的，所述第一子区域内的磁隧道结与所述第二子区域内的磁隧道结的连接结构相同，且对称设置。进一步的，所述第一子区域和第二子区域内的磁隧道结的电阻分别与所述第一螺旋线圈产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系；所述第三子区域内的磁隧道结的电阻与所述第二螺旋线圈产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系。进一步的，所述第一子区域和第二子区域内的磁隧道结垂直或平行于所述第一螺旋线圈的电流方向，第三子区域内的磁隧道结垂直或平行于所述第二螺旋线圈的电流方向。进一步的，所述第一频率信号源通过有源或无源方式与所述第一螺旋线圈相连，所述第二频率信号源通过无源或有源方式与所述第二螺旋线圈相连，所述混频信号通过无源或有源方式与所述平衡桥式磁阻传感器的信号输出端相连。进一步的，所述螺旋线圈为高导电率金属材料线圈，所述高导电率金属包括铜、金、银、铝和钽中的一种或多种，所述磁屏蔽层为高磁导率铁磁合金层，所述高磁导率铁磁合金包括NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB和FeSiBNbCu中的一种或多种。进一步的，所述螺旋线圈厚度为1-20μm，所述螺旋线圈的宽度为5-40μm，相邻的两螺旋线圈之间的间距为10-100μm，所述磁屏蔽层厚度为1-20μm。本专利技术的平衡磁电阻混频器，其第一频率信号源仍旧通过第一线圈作用于磁电阻电桥的四个磁电阻桥臂，第二频率信号源则通过第二线圈作用于与磁电阻电桥串联的磁电阻平衡臂，而四个磁电阻桥臂和磁电阻平衡臂构成的平衡桥式磁电阻传感器的两端直接连接电源和地，在混频器工作时，电源和地之间电压保持不变，而四个磁电阻桥臂构成的磁电阻全桥的两端的电压通过磁电阻平衡臂进行调节，同样实现了对第一频率信号源和第二频率信号源频率的混合，这样的优势在于，第一频率信号源和第二频率信号源一样都是通过螺旋线圈作用于磁电阻臂(磁电阻桥臂和磁电阻平衡臂)来实现混频，同时电压源具有单独稳定的特征，避免了同时作为电源和信号源所引入的难题。附图说明图1是本专利技术平衡磁电阻混频器截面图；图2是本专利技术平衡磁电阻混频器顶视图；图3是本专利技术平衡磁电阻混频器的一个结构示意图；图4是本专利技术平衡磁电阻混频器的另一个结构示意图；图5是本专利技术平衡磁电阻混频器上螺旋线圈在磁电阻上磁场分布图；图6是本专利技术有无磁屏蔽层时螺旋线圈磁场分布图；图7是本专利技术磁屏蔽层对外磁场衰减因子计算图；图8是本专利技术无磁屏蔽层时外磁场分布图；图9是本专利技术有磁屏蔽层时外磁场分布图；图10是本专利技术磁电阻传感器磁电阻-外磁场特征图；图11是专利技术磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结串联连接图；图12是本专利技术磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结并联连接图；图13是本专利技术磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结串并联连接图；图14是本专利技术第一螺旋线圈及磁电阻桥臂隧道结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：包括螺旋线圈(4)、平衡桥式磁电阻传感器(3)及磁屏蔽层(2)，所述螺旋线圈(4)位于所述磁屏蔽层(2)和所述平衡桥式磁电阻传感器(3)之间，所述螺旋线圈(4)包括第一螺旋线圈(40)和第二螺旋线圈(44)，所述第一螺旋线圈(40)的上表面或下表面具有第一子区域(41)和第二子区域(42)，所述第一子区域(41)与第二子区域(42)内的电流方向相反，所述第二螺旋线圈(44)的上表面或下表面具有第三子区域(43)，所述第三子区域(43)内的电流为同一方向，所述平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂(33)，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂(31,32)构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域(41)内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域(42)内，所述磁电阻平衡臂(33)位于所述第三子区域(43)内，所述第一螺旋线圈(40)输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈(44)输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出混频信号，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。

【技术特征摘要】
1.一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：包括螺旋线圈(4)、平衡桥式磁电阻传感器(3)及磁屏蔽层(2)，所述螺旋线圈(4)位于所述磁屏蔽层(2)和所述平衡桥式磁电阻传感器(3)之间，所述螺旋线圈(4)包括第一螺旋线圈(40)和第二螺旋线圈(44)，所述第一螺旋线圈(40)的上表面或下表面具有第一子区域(41)和第二子区域(42)，所述第一子区域(41)与第二子区域(42)内的电流方向相反，所述第二螺旋线圈(44)的上表面或下表面具有第三子区域(43)，所述第三子区域(43)内的电流为同一方向，所述平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂(33)，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂(31,32)构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域(41)内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域(42)内，所述磁电阻平衡臂(33)位于所述第三子区域(43)内，所述第一螺旋线圈(40)输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈(44)输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出混频信号，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。2.根据权利要求1所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述磁电阻平衡臂(33)为一个，这一个磁电阻平衡臂与磁电阻全桥电源输出端或输入端连接；或者，所述磁电阻平衡臂(33)为两个，这两个磁电阻平衡臂分别与磁电阻全桥电源输出端和输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述磁电阻桥臂(31,32)和所述磁电阻平衡臂(33)分别包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N和M分别为大于或等于1的正整数。4.根据权利要求3所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述磁电阻桥臂(31,32)中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第一螺旋线圈(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32