[发明专利]一种基于弛豫铁电材料磁电传感器的前端放大器电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种弛豫铁电材料磁电传感器的高CMRR前端放大器单元电路 模块。

背景技术

目前工业使用的磁电传感器主要是磁敏线圈和霍尔传感器。磁敏线圈是一 种被动式通量传感器，受频率影响较大，主要适合在中高频探测。但在高频下 其电输出很大，往往会对前端接受设备造成破坏。霍尔传感器是一种主动式场 传感器，它的灵敏度比较差，同时在使用的过程中，需温度补偿，成本较高， 且需耗能。而基于弛豫铁电材料的新型磁电传感器具有被动式探测，无能耗， 成本低，尺寸小，线性度好，探测精度和灵敏度高，探测频率范围宽，无需温 度补偿，无线圈，安全不易着火，成本低等优点，引起人们越来越浓厚的兴趣。

然而该磁电传感器在步入应用阶段之前仍需要解决很多问题。如器件的前 置放大电路设计，热噪声及振动噪声控制等问题。另外，传感器信号是微弱的 高阻抗信号源，而外界环境中存在大量50Hz的电磁波干扰，这使得传感器很容 易给系统引入50Hz的干扰信号。如何解决这些问题将直接关系到这种新型磁电 传感器在未来磁传感器市场的命运。

发明内容

本发明的主要目的是克服弛豫铁电材料磁电传感器的50Hz强工频干扰，放 大微弱的探测信号，提高弛豫铁电材料磁电传感器的信噪比。

上述目的通过下述的技术方案来实现：

设计的关键要点是高共模抑制比、低噪声和低功耗。考虑到电路中电流镜 的输出摆幅和输出阻抗，该电路放弃了传统的共源共栅(cascode)结构，而采用了 一种适用于低电压工作的高输出阻抗CMOS电流镜结构。输入电路单元为一个 跨导放大器，输出电路单元为一个跨阻放大器；其中，跨导放大器中包括一个 电流镜像电路，通过电流镜像电路的反馈控制两个输入管的电流，并且输入管 工作在反型区；跨阻放大器中包括一个电流镜像电路，其中电流镜像电路的直 接控制输出电压与输入电流的比值，输入部分的共模增益和输出电压与输入电 流的比值直接影响到电路的共模增益。

上述前端放大器电路，包含输入电路单元、输出电路单元和电流镜均集成 在一集成电路芯片上。

弛豫铁电材料磁电传感器的高CMRR前端放大器单元电路中采用了适用于 低电压工作的高输出阻抗电流镜结构；该结构是传统RGC(regulated-cascode) 结构的改进，所以保留了高输出阻抗特性，又克服阈值电压损失，可以维持其 高输出摆幅；其中M_a1、M_a2、M_a3、M_a4、M_a5、M_a6为PMOS管，M_a7、M_a8为NMOS管；M_a1、M_a2、M_a3、M_a4组成Cascode结构，M_a5、M_a6、M_a7、 M_a8组成电流型放大器；M_a1、M_a2栅极相连接输入电流I_in端(电流镜电流输入 端)，M_a1、M_a2源极相连接电源，M_a1漏极接M_a4、M_a6源极，M_a2漏极接M_a3、 M_a5源极；M_a4栅极接偏置端imr_bias(电流镜基准电压偏置端)，源极接M_a6源极和M_a1漏极，漏极接I_in端；M_a3栅极接M_a8、M_a6漏极，源极接M_a2漏极， 漏极接I_out端；M_a5、M_a6栅极相接，M_a5栅漏极相接，都接M_a7漏极，M_a5源 极接M_a3源极和M_a2漏极，M_a6漏极接M_a3栅极和M_a8漏极，M_a6源极接M_a4源极和M_a1漏极；M_a7、M_a8栅极相连，接电压偏置端Vbias端，M_a7、M_a8源 极相连接地，M_a7漏极接M_a5漏极，M_a8漏极接M_a3栅极和M_a6漏极。