一种降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路

1.本发明属于电子电路技术领域，涉及一种降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路。


背景技术：

2.如今，磁阻传感器被广泛应用在电流检测、硬盘存储和惯性测量等领域，对于利用巨磁电阻(gmr)传感器或者磁隧道结(tmr)传感器等磁阻传感器进行电流检测时，低频噪声会极大影响测量时检测精度的情况，可以使用调制解调技术将传感器的工作点调制到低频噪声区间之外达到降低噪声的作用。
3.目前国内外对传感器进行调制解调的方法主要采用直接对传感器的输出信号调制，如公开号cn110869788a的发明专利通过直接调制传感器输出使其工作点偏移至低频噪声区间之外，以达到降低磁阻传感噪声的目的，但该发明未说明其调制的具体实现方式，若设计专门的调制线圈置于传感器底部调制传感器输出，则pcb制作工艺复杂、成本高，且所需的调制驱动电路功耗较大。
4.因此需要一种更为有效、制造工艺简单、功耗低且易于实现的降低磁阻传感器低频噪声的调制解调信号处理电路实现方法。


技术实现要素：

5.本发明目的在于针对现有降低磁阻传感器低频噪声的电路存在的不足，提供了一种降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路，能够显著降低磁阻传感器应用电路的低频噪声。
6.本发明包括调制解调电路模块和数字滤波模块；电路的调制方式为调制传感器电源，能有效降低驱动功耗，同时制作工艺简单；
7.所述的调制解调电路模块包括信号发生模块、调制驱动模块、仪表放大模块和锁定放大模块；所述的数字滤波模块包括模数转换模块、鉴频模块和mcu主控模块；
8.所述信号发生模块包括数字频率合成器，使用mcu主控模块控制其产生所需频率的正弦波调制传感器电源；
9.所述调制驱动模块，包括运算放大器，放大调制信号驱动传感器工作；
10.所述仪表放大模块，包括仪表放大器，用于放大传感器输出电压并减小零点漂移；
11.所述锁定放大模块，包括锁定放大器，对仪表放大器输出的调制信号进行解调，恢复原始传感器信号。
12.所述模数转换模块，包括高精度adc(模数转换器)，将解调后的传感器信号转换为数字信号输出至mcu主控模块；
13.所述鉴频模块，包括电压比较器和鉴频器，电压比较器将解调后的传感器信号转换为同频率ttl电平传输至鉴频器，鉴频器将信号频率转换为电压信号输出至mcu主控模块；
14.所述的mcu主控模块包括主控芯片和其基本外围电路，mcu主控模块内部adc(模数转换器)将数字信号传输至mcu主控模块，同时mcu主控模块对鉴频器输出进行采样，计算信号频率；
15.主控芯片结合信号频率和adc(模数转换器)的采样值进行同相位点的数字式平均，用于抑制系统白噪声。
16.本发明通过使用信号发生模块调制磁阻传感器电源，能有效降低调制驱动电路的功耗，并且无需制作工艺复杂的调制线圈，大幅减少制作成本，结合数字滤波模块能显著降低磁阻传感器的低频噪声。
17.进一步地，所述的降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路能够是开环式磁阻传感器的信号处理电路，也能是闭环式磁阻传感的信号处理电路。
18.进一步地，所述的降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路通过磁阻传感器测量磁场信号，也能通过磁阻传感器测量电流信号或者其他物理量引起的磁场信号变化。
19.进一步地，所述的磁阻传感器选用巨磁电阻传感器、各向异性磁电阻传感器或隧道结磁电阻传感器。
附图说明
20.图1为本发明电路原理图。
具体实施方式
21.为了更清晰地说明本发明实施例的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示，一种降低磁阻传感器低频噪声的信号处理电路，包括磁阻传感器1-1，运算放大器1-2，仪表放大器1-3，锁定放大器1-4，电压比较器1-5，信号发生模块1-6，主控模块1-7，模数转换模块1-8和鉴频模块1-9。
23.磁阻传感器1-1为tmr传感器，用于将电流产生的磁场信号转换为电压信号，信号发生模块1-6输出高频调制信号并经过运算放大器1-2产生一个驱动电压为tmr传感器供电，此时tmr传感器输出的电压信号会被调制成高频信号传输至仪表放大器1-3进行放大，锁定放大器1-4对调制后的信号进行解调，恢复出原始信号。模数转换模块1-8对恢复出的原始信号进行数字采样，将电压信号转换为数字量，电压比较器1-5将恢复出的正弦信号转换为ttl电平并输出至鉴频器1-9，鉴频器将信号频率转换为电压传输至主控模块1-7，主控模块内部adc(模数转换器)对该电压进行采集计算信号频率，同时mcu主控模块依据信号频率控制模数转换模块1-8的采样率，采样率控制设计为信号每个周期采集固定的点数，然后采集多个周期，在对同相位的点做数字平均，进一步降低信号噪声，最终计算出原始电流信号的有效值、峰峰值和频率等信息。
24.根据以上过程，本发明所述电路具备降低磁阻传感器低频噪声的功能，并显著降低电路功耗、减少工艺成本。


技术特征：
1.一种降低磁阻式传感器低频噪声的信号处理电路，其特征在于：包括调制解调电路模块和数字滤波模块；所述的调制解调电路模块包括信号发生模块、调制驱动模块、仪表放大模块和锁定放大模块；所述的数字滤波模块包括模数转换模块、鉴频模块和mcu主控模块；所述的信号发生模块包括数字频率合成器，使用mcu控制其产生所需频率的正弦波调制传感器电源；所述的调制驱动模块，包括运算放大器，放大调制信号驱动传感器工作；所述的仪表放大模块，包括仪表放大器，用于放大传感器输出电压并减小零点漂移；所述的锁定放大模块，包括锁定放大器，对仪表放大器输出的调制信号进行解调，恢复原始传感器信号；所述的模数转换模块，包括高精度adc，将解调后的传感器信号转换为数字信号输出至mcu主控模块；所述的鉴频模块，包括电压比较器和鉴频器，电压比较器将解调后的传感器信号转换为同频率ttl电平传输至鉴频器，鉴频器将信号频率转换为电压信号输出至mcu主控模块；所述的mcu主控模块包括主控芯片和其基本外围电路，模数转换器将数字信号传输至mcu主控模块，同时mcu主控模块对鉴频器输出进行采样，计算信号频率；主控芯片结合信号频率和模数转换模块的采样值进行同相位点的数字式平均，用于抑制系统白噪声。2.权利要求1所述的一种降低磁阻式传感器低频噪声的信号处理电路，其特征在于：为开环式磁阻传感器的信号处理电路或闭环式磁阻传感的信号处理电路。3.权利要求1所述的一种降低磁阻式传感器低频噪声的信号处理电路，其特征在于：能通过磁阻传感器测量磁场信号，也能通过磁阻传感器测量电流信号或者其他物理量引起的磁场信号变化。

技术总结
本发明涉及一种降低磁阻式传感器低频噪声的信号处理电路，该电路包括调制解调电路模块和数字滤波模块，通过调制磁阻传感器电源的方式降低电路功耗，减少制造工艺成本，克服了市场上采用调制线圈调制传感器输出的高功耗、高成本等缺点，结合数字滤波模块有效降低磁阻传感器低频噪声，扩大磁阻传感器的应用范围。扩大磁阻传感器的应用范围。扩大磁阻传感器的应用范围。


技术研发人员：白茹 王杰 窦爱玉 钱正洪 蓝天 朱建国
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2022/1/14