[发明专利]一种降低隧道磁电阻传感器噪声的系统及方法

说明书

本发明公开了一种降低隧道磁电阻传感器噪声的系统及方法，包括：无线圈屏蔽圆筒和驱动电路；其中，无线圈屏蔽圆筒的材料为高磁导率软磁材料；待处理的TMR传感器放置在无线圈屏蔽圆筒中心；TMR传感器的输出端与驱动电路的输入端相连；无线圈屏蔽圆筒基于高磁导率软磁材料的过饱和特性，在通入交流电流时，其屏蔽能力发生高频变化，从而将将TMR传感器的待测直流磁场转变为高频交流磁场，降低TMR传感器的1/f噪声；驱动电路基于参考信号，对TMR传感器的输出信号进行相敏检波和低通滤波，滤除和频信号，保留差频信号，进一步滤除TMR传感器的1/f噪声。本发明中的无线圈屏蔽圆筒无需缠绕多匝线圈，不会引入新的噪声，降噪效果较好。

技术领域

本发明属于磁传感器降噪领域，更具体地，涉及一种降低隧道磁电阻传感器噪声的系统及方法。

背景技术

隧道磁阻传感器(Tunneling Magneto Resistive，TMR)是一种灵敏度高、响应频率高、功耗低的磁场测量传感器，在工业控制、金融器具、生物医疗、消费电子、汽车等多个领域有着广泛的应用。TMR传感器具有许多优点，但是噪声较大，故研究一种降低隧道磁电阻传感器噪声的方法具有重要意义。

现有的降低隧道磁电阻传感器噪声的方法包括sigma-delta电路调制法、磁隧道结阵列化法、MEMS型磁通调制法和磁屏蔽斩波调制方法。其中，sigma-delta电路调制通过过采样和噪声整形技术降低噪声，但是多阶sigma-delta电路结构复杂，消耗元件多，并容易引入新的噪声。磁隧道结阵列化法通过将N个磁隧道结串联排列，使信噪比提高N^1/2倍，但是随着信噪比需求的提高，串联的磁隧道结数量增长，对工艺提出了很高的要求。MEMS型磁通调制法，通过MEMS电路以及磁通聚集器降低1/f噪声，但是磁通聚集器需要配以复杂的机械结构。上述方法均是基于繁琐的电路结构或复杂的工艺实现降噪，对于商用芯片或商用传感器不太适用。磁屏蔽斩波调制方法可以以简单的结构实现TMR传感器的降噪，其斩波原理与电学上的斩波技术类似，通过对磁通量大小或有无的调制，实现直流磁场测量到交流磁场测量的转化，达到减小1/f噪声的目的。但是这种方法需要缠绕多匝线圈实现，结构较复杂，并会引入新的噪声，降噪效果较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种降低隧道磁电阻传感器噪声的系统及方法，用以解决现有技术由于需要缠绕多匝线圈而导致降噪效果较差的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种降低隧道磁电阻传感器噪声的系统，包括：无线圈屏蔽圆筒和驱动电路；

其中，无线圈屏蔽圆筒的材料为高磁导率软磁材料；待处理的TMR传感器放置在无线圈屏蔽圆筒中心；TMR传感器的输出端与驱动电路的输入端相连；

无线圈屏蔽圆筒基于高磁导率软磁材料的过饱和特性，在通入交流电流时，其屏蔽能力发生高频变化，从而将TMR传感器的待测直流磁场转变为高频交流磁场，降低TMR传感器的1/f噪声；

驱动电路基于参考信号，对TMR传感器的输出信号进行相敏检波和低通滤波，滤除和频信号，保留差频信号，进一步滤除TMR传感器的1/f噪声。

进一步优选地，无线圈屏蔽圆筒由绝缘材料所包裹，使其与外界绝缘。

进一步优选地，驱动电路包括：前置放大电路，带通滤波电路和锁相放大器电路；

其中，前置放大电路的输出端与带通滤波电路和锁相放大器电路的输入端相连，带通滤波电路的输出端与锁相放大器电路的输入端相连；

前置放大电路用于放大参考信号和TMR传感器的输出信号，并将放大后的参考信号输出到锁相放大器电路中，将放大后的TMR传感器的输出信号输出到带通滤波电路；

带通滤波电路用于初步滤除放大后的TMR传感器输出信号中的噪声，并将初步降噪后的信号输出到所述锁相放大器电路中；