一种低1/f噪声的TMR传感器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种低1/f噪声的TMR传感器，包括差分运放驱动电路、TMR全桥电路和信号放大电路，所述差分运放驱动电路的输出端与所述TMR全桥电路的输入端电连接，所述TMR全桥电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电连接，所述差分运放驱动电路包括全差分放大器U7，所述全差分放大器U7的输出信号共模端VCOM和负输入端接地，正输入端电连接差分信号电压VIN_IA，所述全差分放大器U7的正输出端VOUT+和负输出端VOUT‑分别电连接所述TMR全桥电路的电源输入端TMR‑A和电源输入端TMR‑B，所述TMR全桥电路的电流输出端SIG‑A和SIG‑B与信号放大电路的输入端电连接。该低1/f噪声的TMR传感器消除了TMR传感器以及电路中的1/f噪声，信噪比低，拓展了TMR传感器低频段低噪声的应用。

A TMR Sensor with Low 1/f Noise

The embodiment of the invention discloses a TMR sensor with low 1/f noise, including a differential op-amp driving circuit, a TMR full-bridge circuit and a signal amplifying circuit. The output end of the differential op-amp driving circuit is electrically connected with the input end of the TMR full-bridge circuit, the output end of the TMR full-bridge circuit is electrically connected with the input end of the signal amplifying circuit, and the differential op-amp driving circuit includes a full-bridge circuit. Differential amplifier U7, the output signal common mode terminal VCOM and negative input terminal of the full differential amplifier U7 are grounded, the positive input terminal electrically connects the differential signal voltage VIN_IA, the positive output terminal VOUT+of the full differential amplifier U7 and the negative output terminal VOUT*are electrically connected to the power input terminal TMR_A and the power input terminal TMR_B of the full bridge circuit of the TMR respectively, and the current output terminal SIG_A of the full bridge circuit of the TMR is electrically connected. The SIG B is electrically connected with the input end of the signal amplification circuit. The TMR sensor with low 1/f noise eliminates 1/f noise in TMR sensor and circuit, and has low signal-to-noise ratio, which expands the application of TMR sensor with low frequency and low noise.

【技术实现步骤摘要】
一种低1/f噪声的TMR传感器
本专利技术实施例涉及弱磁信号探测
，具体涉及一种低1/f噪声的隧道磁电阻(TunnelMagnetoResistance，简称TMR)传感器。
技术介绍
微弱磁场探测技术被广泛用于电力电子、生物医学、地质勘探和智能交通等领域。TMR传感器具有灵敏度高、噪声低、温漂小、体积小等优点，是一种用于探测微弱磁场的较为先进的传感器。然而，1/f噪声在低频段、尤其是接近直流信号时较大，严重限制了TMR传感器其对静态和低频磁场的探测能力。为此，相关技术人员先后提出多种磁调制方法，比如利用外加磁场进行调制，这种方式调制效率较低，磁信号损失较大，更重要的是对低频探测水平的改善不明显。另一种方式是先对测试信号进行频率调制，再应用锁定放大器或相敏放大器进行解调。如图1所示，目前的调制电路包括差分电路，差分电路设置有四个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4和电桥，场效应管也可以用三极管代替。该调制电路设置有三极管或场效应管，而三极管和场效应管的导通电阻不一致，而且变动较大，导致电桥两端电压幅值不稳定。而且场效应管的开关特性存在差异，电路时延容易产生毛刺，这些毛刺积累为噪声电压，降低了信噪比，波形占比误差较大。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种低1/f噪声的TMR传感器，以解决现有技术中由于需要设置三极管或场效应管而导致的1/f噪声较高的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：本专利技术提供一种低1/f噪声的TMR传感器，包括差分运放驱动电路、TMR全桥电路和信号放大电路，所述差分运放驱动电路的输出端与所述TMR全桥电路的输入端电连接，所述TMR全桥电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电连接，所述差分运放驱动电路包括全差分放大器U7，所述全差分放大器U7的输出信号共模端VCOM和负输入端接地，正输入端电连接差分信号电压VIN_IA，所述全差分放大器U7的正输出端VOUT+和负输出端VOUT-分别电连接所述TMR全桥电路的电源输入端TMR-A和电源输入端TMR-B，所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A和SIG-B与信号放大电路的输入端电连接。本专利技术实施例的特征还在于，所述信号放大电路包括仪表放大器芯片U2或全差分放大器。本专利技术实施例的特征还在于，所述信号放大电路包括运算放大器U12、运算放大器U14和运算放大器U15，其中，所述运算放大器U12的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A，所述运算放大器U12的反相输入端与输出端之间串接电阻R34；所述运算放大器U14的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-B，所述运算放大器U14的反相输入端与输出端之间串接电阻R36，在所述运算放大器U12的反相输入端与所述运算放大器U14的反相输入端之间串接电阻R35；所述运算放大器U15的同相输入端与所述运算放大器U12的输出端之间串接电阻R32，所述运算放大器U15的反相输入端与所述运算放大器U14的输出端之间串接电阻R37，所述运算放大器U15的输出端与反相输入端之间串接电阻R38，所述运算放大器U15的同相输入端与地之间串接电阻R33，所述运算放大器U15的输出端为所述信号放大电路输出端。本专利技术实施例的特征还在于，所述低1/f噪声的TMR传感器还包括相敏检波电路、方波发生器和移相电路，所述方波发生器通过所述移相电路与所述相敏检波电路电连接，所述相敏检波电路的输入端与所述信号放大器电连接；所述相敏检波电路包括SPDT模拟开关SW1和运算放大器U8，所述SPDT模拟开关SW1的两输入端分别与所述信号放大电路的输出端VI和所述移相电路的输出端VR电连接，所述SPDT模拟开关SW1的两输出端分别与所述运算放大器U8的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U8的同相输入端与地之间串接电阻R18，所述运算放大器U8的反相输入端与所述SPDT模拟开关SW1的输出端之间串接电阻R19，所述运算放大器U8的反相输入端与输出端之间串接电阻R20，电阻R18、电阻R19和电阻R20的阻值相同。本专利技术实施例的特征还在于，所述信号放大电路包括运算放大器U10、运算放大器U11和全差分放大器U9，其中，所述运算放大器U10的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A，所述运算放大器U10的反相输入端与输出端之间串接电阻R29；所述运算放大器U11的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-B，所述运算放大器U11的反相输入端与输出端之间串接电阻R31，所述运算放大器U11的反相输入端与所述运算放大器U10的反相输入端之间串接电阻R30；所述全差分放大器U9的输出信号共模端VCOM接地，所述全差分放大器U9的正输入端与所述运算放大器U10的输出端之间串接电阻R26，所述全差分放大器U9的负输入端与所述运算放大器U11的输出端之间串接电阻R27，所述全差分放大器U9的正输入端与负输出端VOUT-之间串接电阻R25，所述全差分放大器U9的负输入端与正输出端VOUT+之间串接电阻R28，所述全差分放大器U9的正输出端VOUT+和负输出端VOUT-分别输出电压信号VS-B和VS-A。本专利技术实施例的特征还在于，所述低1/f噪声的TMR传感器还包括相敏检波电路、方波发生器和移相电路，所述方波发生器通过所述移相电路与所述相敏检波电路电连接，所述相敏检波电路的输入端与所述信号放大器电连接；所述相敏检波电路包括运算放大器U4、运算放大器U5和运算放大器U6；其中，所述运算放大器U4的同相输入端接地，所述运算放大器U4的反相输入端电连接所述全差分放大器U9的负输出端VOUT-以及，所述运算放大器U4的输出端与所述运算放大器U5的反相输入端之间串接二极管D1，且所述二极管D1的正极电连接所述运算放大器U4的输出端，所述二极管D1的负极电连接所述运算放大器U5的反相输入端；所述运算放大器U6的同相输入端接地，所述运算放大器U6的反相输入端电连接所述全差分放大器U9的正输出端VOUT+，所述运算放大器U6的输出端与所述运算放大器U5的反相输入端串接二极管D3，且所述二极管D3的正极电连接所述运算放大器U5的反相输入端，所述二极管D3的负极电连接所述运算放大器U6的输出端；所述运算放大器U5的同相输入端接地。本专利技术实施例的特征还在于，所述运算放大器U4的同相输入端与地之间串接电阻R1，所述运算放大器U4的反相输入端电连接所述全差分放大器U9的负输出端VOUT-之间串接电阻R2，所述运算放大器U4的反相输入端与所述移相电路的输出端之间串接电阻R3，所述运算放大器U4的反相输入端与输出端之间串接二极管D2，且所述二极管D2的正极电连接所述运算放大器U4的反相输入端，二极所述移相电路的输出端VR管D2的负极电连接所述运算放大器U4的输出端；所述运算放大器U4的反相输入端与所述二极管D1的负极之间串联电阻R4，所述二极管D1的负极与所述运算放大器U5的反相输入端之间串联电阻R6。本专利技术实施例的特征还在于，所述运算放大器U6的同相输入端与地之间串接电阻R9，所述运算放大器U6的反相输入端与所述全差分放大器U9的正输出端VOUT+之间串联电阻R15，所述运算放大器U6的反相输入端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低1/f噪声的TMR传感器，包括差分运放驱动电路、TMR全桥电路和信号放大电路，所述差分运放驱动电路的输出端与所述TMR全桥电路的输入端电连接，所述TMR全桥电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电连接，其特征在于，所述差分运放驱动电路包括全差分放大器U7，所述全差分放大器U7的输出信号共模端VCOM和负输入端接地，正输入端电连接差分信号电压VIN_IA，所述全差分放大器U7的正输出端VOUT+和负输出端VOUT‑分别电连接所述TMR全桥电路的电源输入端TMR‑A和电源输入端TMR‑B，所述TMR全桥电路的电流输出端SIG‑A和SIG‑B与信号放大电路的输入端电连接。

【技术特征摘要】
1.一种低1/f噪声的TMR传感器，包括差分运放驱动电路、TMR全桥电路和信号放大电路，所述差分运放驱动电路的输出端与所述TMR全桥电路的输入端电连接，所述TMR全桥电路的输出端与所述信号放大电路的输入端电连接，其特征在于，所述差分运放驱动电路包括全差分放大器U7，所述全差分放大器U7的输出信号共模端VCOM和负输入端接地，正输入端电连接差分信号电压VIN_IA，所述全差分放大器U7的正输出端VOUT+和负输出端VOUT-分别电连接所述TMR全桥电路的电源输入端TMR-A和电源输入端TMR-B，所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A和SIG-B与信号放大电路的输入端电连接。2.根据权利要求1所述的低1/f噪声的TMR传感器，其特征在于，所述信号放大电路包括仪表放大器芯片U2或全差分放大器。3.根据权利要求1所述的低1/f噪声的TMR传感器，其特征在于，所述信号放大电路包括运算放大器U12、运算放大器U14和运算放大器U15，其中，所述运算放大器U12的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A，所述运算放大器U12的反相输入端与输出端之间串接电阻R34；所述运算放大器U14的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-B，所述运算放大器U14的反相输入端与输出端之间串接电阻R36，在所述运算放大器U12的反相输入端与所述运算放大器U14的反相输入端之间串接电阻R35；所述运算放大器U15的同相输入端与所述运算放大器U12的输出端之间串接电阻R32，所述运算放大器U15的反相输入端与所述运算放大器U14的输出端之间串接电阻R37，所述运算放大器U15的输出端与反相输入端之间串接电阻R38，所述运算放大器U15的同相输入端与地之间串接电阻R33，所述运算放大器U15的输出端为所述信号放大电路输出端。4.根据权利要求3所述的低1/f噪声的TMR传感器，其特征在于，所述低1/f噪声的TMR传感器还包括相敏检波电路、方波发生器和移相电路，所述方波发生器通过所述移相电路与所述相敏检波电路电连接，所述相敏检波电路的输入端与所述信号放大器电连接；所述相敏检波电路包括SPDT模拟开关SW1和运算放大器U8，所述SPDT模拟开关SW1的两输入端分别与所述信号放大电路的输出端VI和所述移相电路的输出端VR电连接，所述SPDT模拟开关SW1的两输出端分别与所述运算放大器U8的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U8的同相输入端与地之间串接电阻R18，所述运算放大器U8的反相输入端与所述SPDT模拟开关SW1的输出端之间串接电阻R19，所述运算放大器U8的反相输入端与输出端之间串接电阻R20，电阻R18、电阻R19和电阻R20的阻值相同。5.根据权利要求1所述的低1/f噪声的TMR传感器，其特征在于，所述信号放大电路包括运算放大器U10、运算放大器U11和全差分放大器U9，其中，所述运算放大器U10的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-A，所述运算放大器U10的反相输入端与输出端之间串接电阻R29；所述运算放大器U11的同相输入端电连接所述TMR全桥电路的电流输出端SIG-B，所述运算放大器U11的反相输入端与输出端之间串接电阻R31，所述运算放大器U11的反相输入端与所述运算放大器U10的反相输入端之间串接电阻R30；所述全差分放大器U9的输出信号共模端VCOM接地，所述全差分放大器U9的正输入端与所述运算放大器U10的输出端之间串接电阻R26，所述全差分放大器U9的负输入端与所述运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：时启猛，郭颖，
申请(专利权)人：北京麦格智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11