一种磁通门传感器ASIC接口电路制造技术

本发明专利技术公开了一种磁通门传感器ASIC接口电路，属于磁变量测量领域，用于和探头一起构成磁通门传感器，包括振荡器、开关网络、选频放大电路；振荡器第一输出端用于输出频率为f1的本振信号，第二输出端用于输出频率为1/4 f1的方波信号；第一输出端经分频计数器连接探头，经分频计数器将本振信号八分频后送入探头中产生频率为1/8 f1的交变电压信号；所述第二输出端和探头的输出端均连接开关网络，所述开关网络用于根据方波信号对交变电压信号的二次谐波分量进行解调，解调为仅有二次谐波分量的单相电压信号。本发明专利技术具有小型化、低功耗、高信噪比的特点，能以在弱信号下得到高信噪比的检测信号，更适合应用于航天及单兵装备磁强计领域进行磁场测量。域进行磁场测量。域进行磁场测量。

【技术实现步骤摘要】
一种磁通门传感器ASIC接口电路


[0001]本专利技术涉及一种磁通门传感器的接口电路，尤其涉及一种一种磁通门传感器ASIC接口电路。

技术介绍

[0002]磁通门传感器的灵敏度比其他的固态型器件，如磁阻计和霍尔传感器高出5个数量级，具有体积小、重量轻、结构简单、灵敏度高、耗电量小、使用方便、性能稳定等优点，被广泛应用在各个领域。在国外，磁通门磁强计已被广泛应用于地磁测量及监测、舰艇定位导航、卫星姿态控制和星际磁场测量、人体磁场的医学检测。在民用方面已经实现模块化批量生产。在国内，磁通门磁强计主要应用于地磁测量、卫星姿态控制、车辆导航系统、油井钻探测量等领域。
[0003]磁通门传感器的基本原理是基于铁芯材料的非线性磁化特性，其敏感元件为高磁导率、易饱和材料制成的铁芯，有两个绕组围绕该铁芯；一个是激励线圈，另一个是检测线圈。在交变激励信号的磁化作用下，铁芯的导磁特性发生周期性饱和与非饱和的变化，从而使围绕在铁芯上的感应线圈感应出反应外界磁场的信号，通过特定的检测电路将其提取出来。磁通门传感器包括激励电路、磁通门传感器探头和检测电路三个部分。磁通门传感器探头是磁通门传感器的重要组成部分。磁通门传感器探头由铁芯外绕激励线圈、感应线圈组成。一般使用的铁芯材料具有矫顽力HC小，导磁率μ高的特点。这样在外场有以微小变化时，铁芯材料中的磁感应强度有显著的变化，在感应线圈中产生明显的电动势。
[0004]磁通门的信号检测通常采用谐波选择法。一般采用偶次谐波法，比较通用的是二次谐波法。磁通门探头输出的信号混在噪声中，只能采用偶次谐波法，一般使用差值检波电路，使所有的奇次谐波自动抵消，而检测出所有偶次谐波信号，但其动、静态特性都很差。为实现精确测量，必须设法消除磁通门探头变压器效应的感应电动势，其方法是设计差分输出探头。使用一组单铁芯探头平行，它们的激磁线圈反向串联，感应线圈同向串联，使变压器效应感应电势相抵消，而磁通门信号叠加。这样，就成为一个双铁芯磁通门探头。双铁芯探头的结构参数完全对称时才可以使噪声彻底抵消。但这是很难做到的，输出信噪比仍然不大，仍然不能直接使用。但它为采用二次谐波法提供了可能。磁通门传感器外围接口电路主要由激励信号产生电路和感生信号检测电路组成。激励信号发生电路产生的交变激励信号在激励线圈上产生交变的轴向磁场，轴向磁场的变化引起感应线圈电动势变化，产生交变电压信号。感生交变电压信号通过周期开关网络及选频放大电路得到便于检测的直流电压信号。
[0005]目前国内市场上主要的磁通门传感器主要为分立元件在PCB基板上贴片安装并进行系统级封装组成。其中激励信号产生模块主要由晶振、组合逻辑电路模块和计数器组成。传感器探头主要由单棒、双棒或环形磁芯绕制线圈构成。信号检测电路部分通常由多通道有源开关模块作为相敏解调器，并将传感器探头感生信号进行放大、滤波、整形，得到连续输出的平滑直流模拟信号进行检测，并通过输出信号的幅度和极性判断外界磁场的变化。
当前的主流磁通门传感器体积、功耗和重量较大，难以满足当前航天军工装备小型化集成要求。并且高灵敏度的磁通门传感器主要用于弱磁探测领域，故其噪声特性至关重要。而传统磁通门传感器由于各分立有源元件及线材寄生电阻造成的噪声难以消除，故难以在弱信号下得到高信噪比的检测信号。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，具有小型化、低功耗、高信噪比的特点的一种磁通门传感器ASIC接口电路。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种磁通门传感器ASIC接口电路，用于和探头一起构成磁通门传感器，所述探头包括激励线圈和感应线圈，所述磁通门传感器ASIC接口电路包括振荡器，还包括开关网络、选频放大电路；
[0008]所述振荡器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出频率为f1的本振信号，第二输出端用于输出频率为1/4f1的方波信号；
[0009]所述第一输出端经分频计数器连接探头，经分频计数器将本振信号八分频后，送入探头中，经激励线圈和感应线圈产生频率为1/8f1的交变电压信号；
[0010]所述第二输出端和探头的输出端均连接开关网络，所述开关网络用于根据方波信号对交变电压信号的二次谐波分量进行解调，解调为仅有二次谐波分量的单相电压信号；
[0011]所述选频放大电路用于对单相电压信号进行放大。
[0012]作为优选：所述振荡器采用CMOS反相器级联形成三级环形振荡器，且在ω0＝2πf1处，该三级环形振荡器的开环传输函数H(jω)满足|H(jω0)|>1、式中，ω0为角频率，为振荡器输出信号与输入信号的相位差。
[0013]作为优选：所述分频计数器包括三个级联的D触发器，所述D触发器包括D端、CP端、Q端和Q端，本振信号接入第一级D触发器的CP端，作为第一级D触发器时钟信号，三个D触发器按信号流向分别为第一级、第二级和第三级，每一级D触发器的Q端与D端首尾相连，上一级D触发器的Q端连接下一级D触发器的CP端；
[0014]当本振信号上升沿到来，第一级D触发器由维持状态转换为传输状态，将输入的逻辑0传递到Q端，此时Q端输出为1且与D端短接，本振信号下降沿到来时，第一级D触发器跳转回维持状态，对输入Q端的逻辑1进行采样，并在下一个本振信号上升沿到来时传输到Q端，从而对本振信号二分频；
[0015]第二级D触发器用于对第一级D触发器的输出信号二分频，第三级D触发器用于对第二级D触发器的输出信号二分频。
[0016]作为优选：所述开关网络包括四个反相器I1、I2、I3、I4，与门A1，或非门NOR，两个PMOS管Q1、Q2，三个NMOS管Q3、Q4、Q5，以及二极管D1、D2、D3、D4；
[0017]其中，I1、I2、I3依次串联，I1用于接振荡器的第二输出端，输入方波信号，A1的两个输入端，一个接I1输入端，一个接在I2、I3之间，A1的输出端经I4接Q5的栅极；
[0018]NOR的两个输入端，一个接I3输出端，一个接在I1、I2之间，NOR的输出端接Q1、Q2的栅极；
[0019]Q1、Q3构成一组差分对管，Q2、Q4构成一组差分对管，Q1、Q2的栅极短接，Q3、Q4的栅极短接，Q1～Q5的衬底和源极短接；
[0020]其中，Q2、Q4的源极形成感应信号输入端Z，用于接探头的输出端，用于输入1/8f1的交变电压信号；
[0021]Q1、Q2的栅极形成开关网络的信号输出端Y，用于输出单相电压信号。
[0022]作为优选：所述选频放大电路包括依次连接的前置运算放大器和带通滤波器，用于对单相电压信号进行放大，再对单相电压信号滤波，滤除二次谐波分量以外的杂波。
[0023]作为优选：前置运算放大器包括依次设置的差分输入级电路、中间共源共栅放大级电路、输出共源级电路。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术基于标准CMOS工艺，采用CMOS数模混合集成电路设计方法，设计了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁通门传感器ASIC接口电路，用于和探头一起构成磁通门传感器，所述探头包括激励线圈和感应线圈，所述磁通门传感器ASIC接口电路包括振荡器，其特征在于：还包括开关网络、选频放大电路；所述振荡器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出频率为f1的本振信号，第二输出端用于输出频率为1/4f1的方波信号；所述第一输出端经分频计数器连接探头，经分频计数器将本振信号八分频后，送入探头中，经激励线圈和感应线圈产生频率为1/8f1的交变电压信号；所述第二输出端和探头的输出端均连接开关网络，所述开关网络用于根据方波信号对交变电压信号的二次谐波分量进行解调，解调为仅有二次谐波分量的单相电压信号；所述选频放大电路用于对单相电压信号进行放大。2.根据权利要求1所述的一种磁通门传感器ASIC接口电路，其特征在于：所述振荡器采用CMOS反相器级联形成三级环形振荡器，且在ω0＝2πf1处，该三级环形振荡器的开环传输函数H(jω)满足|H(jω0)|>1、式中，ω0为角频率，为振荡器输出信号与输入信号的相位差。3.根据权利要求1所述的一种磁通门传感器ASIC接口电路，其特征在于：所述分频计数器包括三个级联的D触发器，所述D触发器包括D端、CP端、Q端和端，本振信号接入第一级D触发器的CP端，作为第一级D触发器时钟信号，三个D触发器按信号流向分别为第一级、第二级和第三级，每一级D触发器的端与D端首尾相连，上一级D触发器的Q端连接下一级D触发器的CP端；当本振信号上升沿到来，第一级D触发器由维持状态转换为传输状态，将输入的逻辑0传递到Q端，此时端输出为1且与D端短接，本振信号下降沿到来时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈姝言，兰雨娇，李晓宇，王梦佳，彭根斋，
申请(专利权)人：西南应用磁学研究所中国电子科技集团公司第九研究所，
类型：发明
国别省市：