巨磁电阻传感器差分驱动与磁场偏置电路及偏置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种传感器驱动方法及电路，具体涉及一种巨磁电阻传感器差分驱动与磁场偏置电路及偏置方法，该巨磁电阻传感器差分驱动与磁场偏置电路及偏置方法为传感器提供稳定的差分电源，同时为传感器的输出提供了额外的放大；外加偏置磁场可以调整传感器的工作点，从而使传感器可以输出双极性的信号。属传感器技术领域。
[0002]【背景技术】:
巨磁阻效磁场传感器由于体积小，灵敏度高，安装方便，三轴垂直精度高，用其进行检测，在有空间限制，有指向要求的磁场探测领域，巨磁阻效磁场传感器是一种很好的选择。所谓巨磁阻效应是指微弱的磁场可以使得某些材料的电阻值发生明显变化，是一种材料的电阻率随着材料磁化状态发生显著变化的现象。巨磁电阻传感器芯片是用四个相同阻值的磁致电阻构成的惠斯登电桥结构，其中两个电阻外加屏蔽层。在外部驱动电压的作用下，电桥中会产生电流，无外加磁场时，输出电压为0，外加磁场时，未屏蔽的两个电阻阻值发生变化，从而在电桥中产生输出电压，该电压与磁致电阻变化量成正比，因此间接与外部磁场的变化相关，通过检测该电压变化，即可求出磁场变化。
[0003]但是现有的巨磁阻效磁场传感器，磁传感器往往会被外部磁场磁化，同时，传感器所检测到的信号会受外部强磁场的环境参数影响，容易导致所传输的信号失真，这将极大影响检测的精确性，因此急需对此加以改进。
[0004]通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个:
1、专利号为CN200610154445，名称为“基于巨磁电阻传感器的涡流检测装置”的发明专利，该专利公开了一种基于巨磁电阻传感器检测探头的涡流检测装置。该装置采用基于直接数字合成技术的集成电路得到频率可调的正弦信号，为激励线圈提供激励信号。根据电磁感应原理，当激励线圈靠近被测导电结构时，被测件中会产生涡流；涡流反过来又影响激励线圈所产生的磁场。基于巨磁电阻传感器的检测探头检测出磁场的变化，该磁场变化信号经过差动放大后分两路送入相敏检波器。相敏检波器的输出信号与被测件的某个或某些待检测参数有密切关系，经过分析或反演计算，可推测出待测参数的状况或数值。
[0005]2、专利号为CN01202985，名称为“巨磁电阻传感器”的实用新型专利，该专利公开了一种用于电流测量的传感器，它采用惠斯凳桥式结构，四臂电阻为自旋阀结构的多层膜电阻，该电阻可产生巨磁电阻效应。在所述的巨磁电阻传感器中的相对两臂的多层膜电阻周围有软磁材料，使被屏蔽的电阻对外界磁场不敏感，且对另外两臂电阻而言又有磁通会聚作用。
[0006]3、专利号为CN200710098557，名称为“ 一种基于巨磁电阻的传感器”的发明专利，该专利公开了一种基于巨磁电阻的传感器，包括巨磁电阻元件，压电元件，附有磁性物质的微型悬臂梁，巨磁电阻元件的引出电极和引入电极，压电元件的引出电极和引入电极。微型悬臂梁固定在压电元件上，悬在巨磁电阻元件上方。压电元件的上表面高于巨磁电阻元件的上表面。巨磁电阻元件的引入电极和引出电极分别连接巨磁电阻元件，压电元件的引入电极和引出电极分别连接压电元件。微型悬臂梁固有频率的改变，反映在巨磁电阻元件的阻值变化上，由此可得到所需要测量量的改变量。
[0007]所以上述这些专利虽然都涉及到巨磁电阻的传感器及其应用，并且都对巨磁电阻传感器或利用巨磁电阻传感器进行检测的方法做了改进，但都未对如何提高巨磁电阻传感器在强磁场的环境下，仍然能保持精确的检测性能提出改进意见，因此在较强的磁场下，巨磁电阻传感器往往会被外部磁场磁化，而影响检测精度的问题仍然存在，同时，传感器所检测到的信号会受外部温度等环境参数的影响，磁传感器所传递的信号很容易出现失真，仍有待进一步加以改进。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对现有巨磁电阻传感器所存在的问题，提供一种巨磁电阻传感器驱动电路及驱动方法，该驱动电路及驱动方法可为巨磁电阻传感器提供了稳定的差分电源，同时为传感器的输出提供了额外的放大；外加偏置磁场可以调整传感器的工作点，从而使传感器可以输出双极性的信号。
[0009]为了达到这一目的，本发明提供了一种巨磁电阻传感器差分驱动与磁场偏置电路，包括两个运放器，输入电源经电源参考模块后分别输入到两个运放器的一个负极和一个正极，使得两个运放器产生稳定放大的正负电压，两个运放器分别与巨磁电阻传感器正电源端和负电源端连接，作为巨磁电阻芯片的驱动电压；其中一个运放器输出同时经二极管、可调电阻和去耦电容连接至线圈一端，线圈另一端接地，通过调整可调电阻改变通过线圈的电流，从而产生可变化的偏置磁场。
[0010]进一步地，所述的两个运放器分别为第一运放器U1A和第二运放器U1B，输入电源经电源参考模块U2后产生稳定的电压输出，电源参考模块U2的输出连接至第一运放器U1A的正输入端上，经反馈电阻R2，R3的控制产生所需正电压，并同时连接至巨磁电阻传感器P1的正电源端和第二运放器U1B的负电源端上，第二运放器U1B经反馈电阻R4，R5的控制产生所需负电压，并连接至巨磁电阻传感器的原地端上；同时第一运放器U1A的输出连接至二级管D1，D1的输出，经可调电阻R18连接至线圈的输入端，线圈输出端接地；整个线圈绕在传感器的外围。
[0011]进一步地，所述的电源参考模块U2产生稳定的电压输出为1-1.5V，并作为第一运放器U1A的正输入，通过第一运放器U1A后产生4-5 V正电压输出；作为传感器芯片的电源和第二运放器U1B的负输入，通过第二运放器U1B后产生4-5V负电压输出，连接到传感器芯片的地上，此时的传感器供电为双端正负4-5V电压。
[0012]进一步地，所述的第一运放器U1A的输出电压同时加到二极管D1的输入端，并在该回路中产生电流，通过二级管阻止电流回流，防止导致干扰传感器回路。通过调整变阻器的阻值，调整通过线圈的电流，从而改变线圈产生的磁场，将产生的磁场外加在传感器上，调整传感器的工作区间。
[0013]一种巨磁电阻传感器磁场偏置方法，采用差分电源驱动传感器，将电源输出经一个高精度电源参考模块后产生稳定的电压，并通过两个运放器将高精度电源参考模块后产生稳定的电压分别放大至所需的正负电压，并分别供给巨磁电阻芯片的电源端和原接地端，作为巨磁电阻芯片的驱动电压；其中一个运放器输出同时经二极管、可调电阻和去耦电容连接至线圈一端，线圈另一端接地，通过调整可调电阻改变通过线圈的电流，从而产生可变化的偏置磁场。
[0014]进一步地，所述的输入电源经电源参考模块U2后产生稳定的电压输出，电源参考模块U2的输出连接至第一运放器U1A的正输入端上，经反馈电阻R2，R3的控制产生所需正电压，并同时连接至巨磁电阻传感器P1的正电源端和第二运放器U1B的负电源端上，第二运放器U1B经反馈电阻R4，R5的控制产生所需负电压，并连接至巨磁电阻传感器的原地端上；同时第一运放器U1A的输出连接至二级管D1，D1的输出，经可调电阻R18连接至线圈的输入端，线圈输出端接地；整个线圈绕在传感器的外围。
[0015]进一步地，所述的电源参考模块U2产生稳定的电压输出为1-1.5V，并作为第一运放器U1A的正输入，通过第一运放器U1A后产生4-5 V正电压输出；作为传感器芯片的电源和第二运放器U1B的负输入，通过第二运放器U1B后产生4-5V负电压输出，连接到传感器芯片的地上，此时的传感器供电为双端正负4-5V电压。
[0016]进一步地，所述的第一运放器U1A的输出电压同时加到二极管D1的输入端，并在该回路中产生电流，通过二级管阻止电流回流，防止导致干扰传感器回路。通过调整变阻器的阻值，调整通过线圈的电流，从而改变线圈产生的磁场，将产生的磁场外加在传感器上，调整传感器的工作区间。
[0017]本发明的有益效果在于:
(1)本发明使用差分电源驱动传感器，相比原先的单端电源，传感器两端的电压升高了接近一倍，根据巨磁电阻传感器的原理可知，此时同样的磁场变化导致的输出电压变化理论上为单端时的两倍，即此时有更大的放大倍数。
[0018](2)相比传统的使用单电源或者是由两个单独电源产生的差分电压源，本发明使用一个单独的稳压源生成一对差分电压源，其优势在于:两个差分电压源能保持稳定的匹配，同时也降低了系统的复杂程度。
[0019](3)从差分电压源中引出线圈的驱动电源，并使用二极管进行隔离，相比传统的使用单独电源驱动线圈的优势在于:该设计可以节省一块电源模块，从而降低系统的复杂程度；使用线圈产生偏置磁场，并使用可调电阻控制通过线圈的电流，使得偏置磁场大小可根据需求任意控制，从而在不同强度磁场中均能合理设置磁传感器的工作点。
【附图说明】
[0020]图1是本发明电路结构示意图；
图2是本发明外加线圈部分结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。
[0022]实施例一
如图1中所示:一种巨磁电阻传感器差分驱动与磁场偏置电路，包括两个运放器，输入电源经电源参考模块后分别输入到两个运放器的一个负极和一个正极，使得两个运放器产生稳定放大的正负电压，两个运放器分别与巨磁电阻传感器正电源端和负电源端连接，作为巨磁电阻芯片的驱动电压；其中一个运放器输出同时经二极管、可调电阻和去耦电容连接至线圈一端，线圈另一端接地，通过调整可调电阻改变通过线圈的电流，从而产生可变化的偏置磁场。
[0023]所述的两个运放器分别为第一运放器U1A和第二运放器U1B，输入电源经电源参考模块U2后产生稳定的