一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置及方法，该抑制方法通过在隧道磁电阻传感器周围间隔、交替施加方向相反的磁场，使自由层的磁化方向达到与钉扎层磁化方向平行或反平行的状态；随后将采集的隧道磁电阻传感器输出数据进行处理，得到隧道磁电阻传感器的等效噪声，以此来抑制由磁畴扰动产生的低频1/f噪声。解决了现有的技术需要在微机电系统(MEMS)加工过程中设计新的聚磁结构或需要精细控制材料的结构，增加了工艺的复杂度，并且对材料和结构的稳定性要求较高的技术问题，本发明专利技术能够大幅度提高隧道磁电阻传感器对弱磁场的探测能力，使其能够适用于弱磁场探测领域，如生物磁场探测，磁异常探测等。磁异常探测等。磁异常探测等。

【技术实现步骤摘要】
一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置及方法，属于高性能磁场传感器


技术介绍

[0002]随着微机电系统(MEMS)制造工艺的发展，为磁探测系统的小型化提供了一个方向。隧道磁电阻传感器(TMR)是基于MEMS工艺的第四代磁传感器，具有功耗低、尺寸小、灵敏度高等特点，有望成为新型高灵敏度磁传感器。但是在低频范围内，隧道磁电阻传感器的本征1/f噪声降低了传感器的探测能力，限制了该类型传感器在低频弱磁场探测领域的应用。
[0003]现有的抑制隧道磁电阻传感器本征1/f噪声的方法主要包括：磁通调制技术、斩波技术以及从材料和工艺方面降低本征1/f噪声。
[0004]磁通调制技术采用微机械磁通体振动等手段将低频磁场调制到高频磁场，高频磁场经过磁电阻传感器转换为交流信号，然后解析得到被测磁场大小，从而达到抑制1/f噪声的目的，其不足是机械振动稳定性有待提高，调制效率难以保证。
[0005]斩波技术通过施加交变磁场或磁通聚集器的反复饱和来实现调制磁场，其不足之处是功耗较大以及在高频范围内噪声较高。
[0006]从材料和工艺方面降低噪声，主要通过选用适当的软磁铁磁层，保持较小的磁畴，以抑制1/f噪声；或通过优化退火处理工艺减少隧道结(MTJ)的缺陷，稳定磁畴结构来降低噪声，但这些技术提高了对材料的要求和工艺的复杂度，从而增加了产品成本。
[0007]综上，现有的技术需要在微机电系统加工过程中设计新的聚磁结构或需要精细控制材料的结构，这都增加了工艺的复杂度，并且对材料和结构的稳定性要求较高。

技术实现思路

[0008]本专利技术为了解决上述
技术介绍
中提到的现有的技术需要在MEMS加工过程中设计新的聚磁结构或需要精细控制材料的结构，增加了工艺的复杂度，并且对材料和结构的稳定性要求较高的技术问题，提出一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法，这是一种适用于基于隧穿磁阻效应的磁传感器的低频1/f噪声的抑制技术，通过这一技术能够有效抑制该种传感器的低频1/f噪声，大幅度提高其对弱磁场的探测能力，使其能够适用于弱磁场探测领域，如生物磁场探测，磁异常探测等。
[0009]本专利技术提出一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法，通过在隧道磁电阻传感器周围间隔、交替施加方向相反的磁场，使自由层的磁化方向达到与钉扎层磁化方向平行或反平行的状态；随后将采集的隧道磁电阻传感器输出数据进行处理，得到隧道磁电阻传感器的等效噪声，以此来抑制由磁畴扰动产生的低频1/f噪声。
[0010]一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置，包括脉冲发生模块、传感器模块和数据采集及分析模块，
[0011]所述传感器模块包括缠绕多匝导线的线圈，所述线圈内部中心处放置有隧道磁电
阻传感器，所述隧道磁电阻传感器的敏感方向与线圈轴向平行，所述线圈由均匀多匝的导线缠绕而成，所述脉冲发生模块提供正负脉冲施加在多匝线圈两端，使多匝线圈内部交替产生方向相反的磁场，产生的磁场要能够使隧道磁电阻传感器的自由层磁化方向和钉扎层的磁化方向保持平行或者反平行。
[0012]优选地，所述线圈的骨架采用无磁材料。
[0013]优选地，所述多匝导线采用铜导线。
[0014]优选地，所述脉冲发生模块包括单片机、控制开关芯片和可调升压芯片，所述单片机为控制开关芯片提供单向脉冲，所述控制开关芯片向可调升压芯片提供正负脉冲，所述可调升压芯片将正负脉冲输出给多匝线圈。
[0015]优选地，正负脉冲接入多匝导线的两个端口。
[0016]一种所述的针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法采用的数据处理方法，包括对传感器输出采样以及获得传感器的等效噪声，首先对传感器输出的数据进行采集，每次正脉冲到来时，将传感器在正脉冲周期下输出的数据整理得到一条曲线，即正脉冲曲线；同理，每次负脉冲到来时也获得一条曲线，即负脉冲曲线；然后对两条曲线进行均值，得到传感器的等效噪声。
[0017]优选地，正脉冲曲线的获得是将一个正脉冲周期内的所有数据进行平均，将整个脉冲周期时间等效为该均值点，再把多个正脉冲周期等效点按时间顺序排列组成的曲线。
[0018]优选地，负脉冲曲线的获得是将一个负脉冲周期内的所有数据进行平均，将整个脉冲周期时间等效为该均值点，再把多个负脉冲周期等效点按时间顺序排列组成的曲线。
[0019]本专利技术所述的针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制装置及方法的有益效果为：
[0020](1)、本方法不需要在MEMS加工工艺过程中进行任何改变，而是通过在外部设计一个线圈，通过外部线圈产生双向的磁场来提高在工作状态下磁电阻传感器磁畴的稳定性，抑制隧道磁电阻传感器低频范围内的1/f噪声，提高传感器在低频范围内的探测能力，用来应对当下人们对隧道磁电阻传感器的应用需求。
[0021](2)、本专利技术结构相对简单，选取适当的线圈，将磁电阻传感器放置在线圈内部中心即可。
[0022](3)、本专利技术结构整体功耗相对较低，且工作状态相对稳定。
附图说明
[0023]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]在附图中：
[0025]图1为本专利技术所述的一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法的原理示意图；
[0026]图2是磁电阻传感器以及线圈放置的结构示意图；
[0027]图3是磁电阻传感器以及线圈放置的轴向平面示意图；
[0028]图4是本方法的系统传输原理图；
[0029]图5是施加在线圈两个端口上的正负脉冲；
[0030]图6是隧道磁电阻传感器时域采集的信号以及简单的处理，其中，在正向脉冲的作用下，磁电阻传感器对应高输出正脉冲输出，在负向脉冲的作用下，传感器对应低输出负脉冲输出，再对高输出和低输出进行平均得到磁电阻传感器最终的等效输出；
[0031]图7是本方法处理前后的功率谱密度曲线对比图；
[0032]图中，1
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自由层，2
‑
绝缘层，3
‑
钉扎层，4
‑
自由层敏感方向，5
‑
钉扎层敏感方向，6
‑
电源，7
‑
输出电压，8
‑
线圈，9
‑
隧道磁电阻传感器，10
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导线，11
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一号线圈端口，12
‑
二号线圈端口，17
‑
正向脉冲，18
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反向脉冲，19
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正脉冲输出，20
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等效噪声，21
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负脉冲输出，22
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传统处理功率谱密度曲线，23
‑
等效功率谱密度曲线。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法，其特征在于，通过在隧道磁电阻传感器(9)周围间隔、交替施加方向相反的磁场，使自由层(1)的磁化方向达到与钉扎层(3)磁化方向平行或反平行的状态；随后将采集的隧道磁电阻传感器(9)输出数据进行处理，得到隧道磁电阻传感器(9)的等效噪声，以此来抑制由磁畴扰动扰动产生的低频1/f噪声。2.一种如权利要求1所述的针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法采用的抑制装置，其特征在于，包括脉冲发生模块、传感器模块和数据采集及分析模块，所述传感器模块包括缠绕多匝导线的线圈(8)，所述线圈(8)内部中心处放置有隧道磁电阻传感器(9)，所述隧道磁电阻传感器(9)的敏感方向与线圈(8)轴向平行，所述线圈(8)由均匀多匝的导线缠绕而成，所述脉冲发生模块提供正负脉冲施加在多匝线圈两端，使多匝线圈内部交替产生方向相反的磁场，产生的磁场要能够使隧道磁电阻传感器(9)的自由层(1)磁化方向和钉扎层(3)的磁化方向保持平行或者反平行。3.根据权利要求2所述的针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法采用的抑制装置，其特征在于，所述线圈(8)的骨架采用无磁材料，且缠绕的多匝导线采用铜导线。4.根据权利要求2所述的针对隧道磁电阻传感器的低频磁畴噪声抑制方法采用的抑制装...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊奇，王文旭，沈莹，储昭强，
申请(专利权)人：青岛海月辉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：