本發(fā)明涉及一種磁電阻傳感器，尤其涉及一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器。

背景技術(shù)：

磁電阻傳感器受到1/f噪聲的限制，限制分辨率在一個(gè)低的頻率。調(diào)制磁場(chǎng)傳感器的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)于傳感器固有噪聲的更高頻率，這樣可以繞過(guò)傳感器的1/f噪聲。

現(xiàn)有技術(shù)中包括使用磁通集中器，進(jìn)一步地，通過(guò)使用mems相對(duì)于彼此以擺動(dòng)的方式移動(dòng)傳感器和磁通集中器，在傳感器的外部提供體積更大些的通量集中器，并且使用一種設(shè)置在磁通集中器周?chē)木€圈進(jìn)行周期性地滲透。

在上述兩種情況中，目的是為了周期性地改變將要測(cè)量到的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)通過(guò)傳感器感應(yīng)，稱(chēng)之為預(yù)調(diào)制的一種方法可以通過(guò)傳感器信號(hào)的輸出隨后進(jìn)行調(diào)制，這將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為更高的頻率，而此時(shí)，傳感器的噪聲變得更小。

調(diào)制磁場(chǎng)必須足夠的小，這樣才不引起傳感器元件的噪聲。通過(guò)更大地周期性的磁場(chǎng)對(duì)傳感器本身進(jìn)行調(diào)制既可引起巴克豪森噪聲，并且如果振幅足夠大時(shí)，它還將產(chǎn)生傳感器靈敏度的非線性調(diào)制，而非線性調(diào)制混合了傳感器的低頻熱磁性噪聲進(jìn)入到調(diào)制信號(hào)的邊頻帶。當(dāng)最小的調(diào)制磁場(chǎng)出現(xiàn)在傳感器中，最佳的降噪并因此最佳信噪比就產(chǎn)生了，這些也正對(duì)應(yīng)于被檢測(cè)信號(hào)的峰值幅度。

此外，降噪有益于降低傳感器1/f噪聲，這是基于下述因素實(shí)現(xiàn)的：適當(dāng)?shù)膫鞲衅髌?；適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞑牧希蛔銐虻膫鞲衅鞯某叽纭?/p>

最終，且當(dāng)在足夠高的頻率調(diào)制，這樣使得輸入信號(hào)發(fā)生在傳感器的白噪聲區(qū)域；傳感器的電阻低，這樣約翰遜噪聲低；傳感器的靈敏度高，這樣等效輸入噪聲?。话凑找欢ǖ碾妷夯蛘唠娏髌脗鞲衅?，這樣不會(huì)引起散射噪聲，散射噪聲超過(guò)了傳感器的熱約翰遜噪聲，降噪達(dá)到了最大化。

現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)制方法為：移動(dòng)磁通集中器或者相對(duì)于磁通集中器移動(dòng)傳感器，這兩種方法太復(fù)雜，花費(fèi)費(fèi)用很高；放置傳感器在一個(gè)大的屏蔽罩中，屏蔽罩周期性的滲透，然而，該方法中屏蔽罩是在傳感器的外部，這樣體積會(huì)變得很大，也很昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器。本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器，在xy平面上設(shè)置有一襯底，磁電阻感應(yīng)元件、調(diào)制器、電連接器、電絕緣層和鍵合焊盤(pán)均沉積在所述襯底上，所述磁電阻感應(yīng)元件的感應(yīng)方向平行于x軸；

所述磁電阻感應(yīng)元件串連連接成磁電阻感應(yīng)元件串，所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成傳感器電橋，所述傳感器電橋?yàn)橥仆焓桨霕螂娐坊蛲仆焓饺珮螂娐罚凰龅拇烹娮韪袘?yīng)元件串與所述的鍵合焊盤(pán)電連接，使得偏置電壓或者電流流過(guò)所述的磁電阻感應(yīng)元件并探測(cè)所述磁電阻感應(yīng)元件上的電壓或電流；

所述的調(diào)制器與所述的鍵合焊盤(pán)電連接，從所述的鍵合焊盤(pán)得到調(diào)制電流，所述調(diào)制電流的方向平行于y軸的方向，所述的調(diào)制器使得調(diào)制電流通過(guò)軟鐵磁通量集中器周?chē)膶?dǎo)體，在軟鐵磁通量集中器周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)調(diào)制軟磁通量集中器的磁導(dǎo)率，所述的調(diào)制器與磁電阻感應(yīng)元件之間設(shè)置有一層電絕緣層，所述的電絕緣層將所述的調(diào)制器與所述的磁電阻感應(yīng)元件隔開(kāi)。

優(yōu)選地，所述的磁電阻感應(yīng)元件為amr、gmr或者tmr磁感應(yīng)元件；所述的調(diào)制器由多個(gè)調(diào)制器棒構(gòu)成，所述的調(diào)制器棒的結(jié)構(gòu)為矩形條狀，其長(zhǎng)軸平行于y軸方向，其短軸平行于x軸方向，多個(gè)所述的調(diào)制器棒以陣列形式設(shè)置，所述調(diào)制器棒之間有間隙，所述間隙的間隔距離方向延x軸方向，所述的調(diào)制器棒的端部之間通過(guò)電連接器連接成蛇形狀的電流路徑。

優(yōu)選地，所述的調(diào)制器棒是由fm1層、nm層和fm2層三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中fm1層和fm2層是軟鐵磁體層，nm層是普通金屬層；所述nm層的材料為釕或銅，所述nm層的厚度小于5nm，所述fm1層和所述fm2層之間存在反鐵磁rkky耦合作用。

優(yōu)選地，所述的電連接器為金屬，所述的電連接器與所述的調(diào)制器的上表面、下表面或者側(cè)表面相連；

或者，所述的電連接器從fm1層、nm層和fm2層的三層結(jié)構(gòu)中刻蝕。

優(yōu)選地，所述的調(diào)制器包括載流線圈和鐵磁性矩形體，所述的載流線圈位于鐵磁性矩形體的上方，所述的載流線圈與所述的鍵合焊盤(pán)連接。

優(yōu)選地，所述的傳感器還包括交流基準(zhǔn)電源，所述的交流基準(zhǔn)電源以頻率f周期性地驅(qū)動(dòng)所述傳感器的調(diào)制器棒、模擬前端電路、低通濾波器以及混頻器，所述的模擬前端電路包括前端處理器和放大器，所述的前端處理器與磁電阻傳感器的輸出端電容耦合，所述的混頻器的輸入端電連接到所述的交流基準(zhǔn)電源和所述的前端處理器輸出端，所述的低通濾波器的輸入端電連接所述的混頻器的輸出端，所述的低通濾波器的輸出端提供一個(gè)輸出信號(hào)，所述的輸出信號(hào)與所述的磁電阻感應(yīng)元件所檢測(cè)的磁場(chǎng)的幅值和極性對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選地，還包括有優(yōu)化濾波器，所述優(yōu)化濾波器與交流基準(zhǔn)電源信號(hào)或者所述的混頻器的一個(gè)輸入信號(hào)電連接；所述優(yōu)化濾波器通過(guò)在交流基準(zhǔn)電源信號(hào)進(jìn)入到混頻電路之前去除部分頻率分量，以及通過(guò)轉(zhuǎn)換交流基準(zhǔn)電源信號(hào)為交流電壓信號(hào)的方式來(lái)調(diào)節(jié)所述基準(zhǔn)電源信號(hào)。

優(yōu)選地，所述的交流基準(zhǔn)電源信號(hào)是單極性的，所述的低通濾波器與所述的混頻器的輸出端連接，所述的低通濾波器具有頻率為f的低頻截止頻率。

優(yōu)選地，所述的交流基準(zhǔn)電源信號(hào)是雙極性的，所述的磁電阻傳感器還包括倍頻器，所述的倍頻器與所述的交流基準(zhǔn)電源以及所述的混頻器的輸入端電連接，所述的低通濾波器與所述的混頻器的輸出端連接，所述的低通濾波器具有頻率為2f的低頻截止頻率。

優(yōu)選地，所述傳感器電橋包括單一芯片，構(gòu)成傳感器電橋的橋臂沉積在所述單一芯片上；或者所述傳感器電橋包括兩個(gè)或者兩個(gè)以上互連的芯片，每個(gè)獨(dú)立的芯片均包括磁電阻感應(yīng)元件串，所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成一個(gè)或多個(gè)傳感器電橋的橋臂。

優(yōu)選地，在所述交流基準(zhǔn)電源信號(hào)位于工作頻率范圍時(shí)，所述的磁電阻傳感器元件產(chǎn)生白噪聲頻率遠(yuǎn)大于1/f噪聲頻率。

優(yōu)選地，所述的fm1層和所述的fm2層有不同的剩磁厚度積mrt，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，即使交流基準(zhǔn)電源信號(hào)最大，所述調(diào)制電流在傳感器位置產(chǎn)生的磁場(chǎng)也為最小。

本發(fā)明的一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明使用rkky耦合的fm堆棧形式，通過(guò)來(lái)自于調(diào)制器的調(diào)制電流改變所述磁電阻傳感器的磁導(dǎo)率，并因此調(diào)制磁場(chǎng)；本發(fā)明能夠在傳感器元件探測(cè)之前進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，且所述調(diào)制電流能夠確保調(diào)制信號(hào)工作在磁電阻傳感器的相應(yīng)線性范圍內(nèi)；進(jìn)一步通過(guò)改變磁導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)調(diào)制和噪聲抑制。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為調(diào)制信號(hào)的頻率和傳感器噪聲的關(guān)系示意圖；

圖2為標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)調(diào)制技術(shù)示意圖；

圖3為約翰遜噪聲和1/f噪聲隨頻率變化示意圖；

圖4為信號(hào)調(diào)制和噪聲的偏移示意圖；

圖5為本發(fā)明的一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的剖視圖；

圖7為本發(fā)明的一種調(diào)制器棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的另一種調(diào)制器棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明的無(wú)調(diào)制電流的調(diào)制器棒的磁場(chǎng)分布示意圖；

圖10為本發(fā)明的有調(diào)制電流的調(diào)制器棒的磁場(chǎng)分布示意圖；

圖11為本發(fā)明的預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的一種調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為傳感器軸的磁導(dǎo)率與調(diào)制電流關(guān)系的示意圖；

圖13為施加的調(diào)制電流的波形圖；

圖14為磁導(dǎo)率變化的波形圖；

圖15為傳感器增益的波形圖；

圖16為調(diào)制磁電阻傳感器的輸入輸出示意圖；

圖17為本發(fā)明的單磁電阻電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖；

圖18為本發(fā)明的單磁電阻電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖；

圖19為本發(fā)明的半橋電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖；

圖20為本發(fā)明的半橋電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖；

圖21為本發(fā)明的全橋電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖；

圖22為本發(fā)明的全橋電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為調(diào)制信號(hào)的頻率與傳感器噪聲的關(guān)系示意圖；具體地，在位置1處，低頻信號(hào)具有更大的噪聲，這種情況下，直流信號(hào)具有很低的分辨率；在位置2處，如果直流信號(hào)以一定的頻率偏移到白色噪聲范圍，將是一種非常理想的狀態(tài)。

圖2為標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制技術(shù)的示意圖，理想情況下，可以消除來(lái)自于噪聲放大器、混頻器以及低通濾波器的噪聲，這個(gè)調(diào)制器需要先調(diào)制低噪聲電路元件，通過(guò)施加交流電壓偏置或者交流磁場(chǎng)信號(hào)給傳感器來(lái)調(diào)制傳感器，這可作為將所希望得到的信號(hào)從傳感器的噪聲中分離開(kāi)的一個(gè)方法，但是該方法不能實(shí)現(xiàn)傳感器噪聲的去除。

其中，電阻噪聲是指一個(gè)裝置中的電阻隨機(jī)且沒(méi)有規(guī)律的波動(dòng)。在本申請(qǐng)中，定義為rnoise(ω)，當(dāng)一個(gè)電流流過(guò)一個(gè)裝置時(shí)，電阻噪聲將以電壓噪聲的形式出現(xiàn)。進(jìn)一步地，電壓噪聲是指一個(gè)裝置中的電壓隨機(jī)且沒(méi)有規(guī)律的波動(dòng)，在本申請(qǐng)中定義為vnoise(ω)。

對(duì)于一個(gè)裝置，很有可能只有電壓噪聲而沒(méi)有流過(guò)的電流，因此，一個(gè)裝置可以有平衡電壓而沒(méi)有電阻噪聲，約翰遜噪聲就是一個(gè)例子；也有可能具有獨(dú)立于偏置電流的電壓噪聲，約翰遜噪聲也是一個(gè)例子。

圖3為約翰遜噪聲和1/f噪聲隨頻率變化示意圖。約翰遜噪聲的幅度沒(méi)有隨著偏置電流改變而改變，1/f電壓噪聲隨著偏置電流而改變。

約翰遜光譜噪聲密度為值得注意的是，這是電壓噪聲，它與附圖中的頻率無(wú)關(guān)，其中，傳感器的電阻r為5k歐姆，對(duì)應(yīng)于10nv/rthz。

所述的1/f噪聲在低頻率時(shí)是很大的，1/f噪聲的幅值由偏置電壓決定，約翰遜噪聲與之是獨(dú)立的；其中，1/f噪聲以電阻波動(dòng)的形式出現(xiàn)，其中有很多種可能的作用機(jī)制；但是對(duì)于傳感器設(shè)計(jì)而言，它是電阻波動(dòng)決定了它是如何被抑制，具體的作用機(jī)制并不重要。

下面給出分析，證明傳感器偏置調(diào)制是不起作用的：假設(shè)，傳感器的輸出是信號(hào)與噪聲的結(jié)合：

其中，h表示測(cè)量的磁場(chǎng)，s表示靈敏度，vnoise(ω)表示隨機(jī)的傳感器噪聲，α1表示信號(hào)非線性系數(shù)，i為≥1的正數(shù)，

在一個(gè)極限下，vout(ω)≈h(ω)s+vnoise(ω)；

可以考慮調(diào)制傳感器偏置來(lái)改變靈敏度，

則，vout(ω)≈h(ω)s(ibias(ωc))+vnoise(ω,ibias(ωc))

然而，1/f噪聲以電阻噪聲的形式出現(xiàn)，電阻噪聲的幅值取決于流過(guò)傳感器元件的偏置電流：

vout(ω)≈h(ω)s(ibias(ωc))+rnoise(ω)ibias(ωc)+....

因此，當(dāng)以來(lái)調(diào)制傳感器時(shí)，可以得到：

vout(ω-ωc)-vout(ω+ωc)≈h(ω){s(ibias(0))-s(ibias(2ωc))}+rnoise(ω){ibias(0)-ibias(2ωc)}+....然后以通過(guò)低通濾波器，我們沒(méi)有看到1/f噪聲的減小，

vout(ω-ωc)≈h(ω)s(ibias(0))+rnoise(ω)ibias(0)+....

vout(ω-ωc)≈h(ω)s+vnoise(ω)+....

因此，可以看到調(diào)制傳感器偏置不能夠減小1/f噪聲，這樣傳感器會(huì)產(chǎn)生電阻噪聲。

下面采用預(yù)調(diào)制的方式進(jìn)行調(diào)制，假設(shè)傳感器輸出是信號(hào)的噪聲的非線性結(jié)合，所述傳感器是采用直流偏置，

其中，h表示測(cè)量的磁場(chǎng)，s表示靈敏度，vnoise(ω)表示隨機(jī)的傳感器噪聲，α1表示信號(hào)非線性系數(shù)，i為≥1的正數(shù)，

在極限下，可以測(cè)量到的噪聲和磁場(chǎng)相互是獨(dú)立的，

vout(ω)≈h(ω)s+vnoise(ω)

假設(shè)在傳感器探測(cè)磁場(chǎng)之前，在調(diào)制磁場(chǎng)輸入，這樣可以得到

vout(ω)≈h(ω+ωc)s+vnoise(ω)，

通過(guò)進(jìn)行對(duì)進(jìn)行混頻，可以得到：

vout(ω-ωc)-vout(ω+ωc)≈{-h(2ωc)+h(ω)}s-vnoise(ω+ωc)+vnoise(ω-ωc)+...最終通過(guò)低通濾波器，可以得到：

vout(ω-ωc)≈h(ω)s+vnoise(ω-ωc)+...

這樣噪聲相對(duì)于探測(cè)信號(hào)就轉(zhuǎn)向負(fù)頻率。

圖4為信號(hào)調(diào)制和噪聲的偏移示意圖，調(diào)制的頻譜偏移以頻率移到低頻率，造成低頻率噪聲的降低。如果使用高的調(diào)制磁場(chǎng)，非線性會(huì)造成傳感器噪聲混合到調(diào)制的邊頻帶上，這將降低噪聲消減的數(shù)量。

為了任何調(diào)制結(jié)構(gòu)能夠工作，調(diào)制器調(diào)制待測(cè)量的信號(hào)而不一定非要調(diào)制傳感器的1/f噪聲，仍然可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)和噪聲之間的頻率偏移，降低系統(tǒng)輸出的1/f噪聲。

圖5為本發(fā)明的一種預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，在xy平面上設(shè)置有一襯底1，磁電阻感應(yīng)元件3、調(diào)制器棒2、電連接器4、傳感器連接件5、鍵合焊盤(pán)6、鍵合焊盤(pán)7、鍵合焊盤(pán)8、鍵合焊盤(pán)9等沉積在所述襯底1上，磁電阻感應(yīng)元件3的感應(yīng)方向平行于x軸；

磁電阻感應(yīng)元件3串連連接成磁電阻感應(yīng)元件串，所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成傳感器電橋；所述的磁電阻感應(yīng)元件串通過(guò)傳感器連接件5，與所述的鍵合焊盤(pán)7和鍵合焊盤(pán)8電連接，使得偏置電壓或者電流流過(guò)所述的磁電阻感應(yīng)元件3并探測(cè)磁電阻感應(yīng)元件3上的電壓或電流，多個(gè)所述的調(diào)制器棒2以陣列形式設(shè)置，所述調(diào)制器棒2之間有間隙，所述間隙的間隔距離的方向延x軸方向，所述的調(diào)制器棒2與所述的鍵合焊盤(pán)電連接，調(diào)制電流從所述鍵合焊盤(pán)穿過(guò)，所述調(diào)制電流平行于y軸的方向，所述的調(diào)制器棒2的端部之間通過(guò)電連接器4連接成蛇形狀的電流路徑。

其中，所述的磁電阻感應(yīng)元件3為amr、gmr或者tmr磁感應(yīng)元件。所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成推挽式半橋電路，或者所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成推挽式全橋電路。

圖6為本發(fā)明的預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的剖視圖，在調(diào)制器棒2上方沉積一層鈍化保護(hù)層16，在磁電阻感應(yīng)元件3上方沉積上部電極15，在磁電阻感應(yīng)元件3下方沉積底部電極14，底部電極14與襯底1連接，調(diào)制器棒2與磁電阻感應(yīng)元件3之間設(shè)置有一層電絕緣層，電絕緣層13將所述的調(diào)制器棒2與所述的磁電阻感應(yīng)元件3隔開(kāi)。其中，磁電阻感應(yīng)元件3與襯底1之間也設(shè)置一層電絕緣層，圖中的17為鍵合焊盤(pán)。

圖7為一種調(diào)制器棒的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8為另一種調(diào)制器棒的結(jié)構(gòu)示意圖，調(diào)制器棒2是由fm1層21、nm層22和fm2層23三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中fm1層和fm2層是軟鐵磁體層，nm層是普通金屬層，所述的調(diào)制器棒2的結(jié)構(gòu)為矩形條狀，其長(zhǎng)軸平行于y軸方向，其短軸平行于x軸方向，多個(gè)所述的調(diào)制器棒2以陣列形式設(shè)置，調(diào)制器棒之間有間隙，所述間隙的間隔距離延x軸方向。圖中箭頭74和75分別表示電流的流進(jìn)和流出。

優(yōu)選地，所述的調(diào)制器棒2的nm層的材料為釕或銅，所述nm層的厚度小于5nm，所述fm1層和所述fm2層之間存在反鐵磁rkky耦合。

圖7和圖8的差別在于：圖7中電連接器優(yōu)選地，所述的電連接器4為金屬導(dǎo)體元件，與所述的調(diào)制器棒2的上表面、下表面或者側(cè)表面相連，而圖8中的電連接器4是從fm1層、nm層和fm2層三層結(jié)構(gòu)中刻蝕。

由于金屬層比f(wàn)m1層和fm2層具有更高的導(dǎo)電性，所以，調(diào)制器棒中的電流聚集在調(diào)制器棒的中間層；當(dāng)電流很大時(shí)，fm1層和fm2層降低了調(diào)制器在平行于傳感器元件感應(yīng)方向上的磁導(dǎo)率。其中，高的磁導(dǎo)率意味著傳感器串上集中的磁通量含量高，相反地，低的磁導(dǎo)率意味著傳感器串上的集中的磁通量含量低。因此，通過(guò)交流電流穿過(guò)調(diào)制器，外部磁場(chǎng)可以通過(guò)磁導(dǎo)率的改變來(lái)調(diào)制。

調(diào)制器的fm1層和fm2層需要相同的剩磁厚度積(mrt)，這樣它們可以在調(diào)制器間進(jìn)行相互補(bǔ)償，然而，因?yàn)檎{(diào)制器棒的底層fm2層接近于磁電阻感應(yīng)元件，因此，頂層的fm1層的剩磁厚度積比底層的fm2層要高一些。并且，調(diào)制器棒端部之間相互電連接，調(diào)制電流可以以蛇形的方式流過(guò)調(diào)制器棒，在整個(gè)的磁電阻感應(yīng)元件區(qū)域可以彌補(bǔ)由于fm1和fm2不匹配而造成的不均勻。

圖9為無(wú)調(diào)制電流的調(diào)制器棒的磁場(chǎng)分布示意圖，調(diào)制器棒產(chǎn)生的磁場(chǎng)集中在磁電阻感應(yīng)元件處。圖10為有調(diào)制電流的調(diào)制器棒的磁場(chǎng)分布示意圖，從圖中可知，當(dāng)施加調(diào)制電流時(shí)，在磁電阻感應(yīng)元件沒(méi)有磁場(chǎng)的集中。

圖11本發(fā)明的預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的調(diào)制器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，所述的預(yù)調(diào)制磁電阻傳感器的調(diào)制器包括載流線圈11和鐵磁性矩形體18，所述的載流線圈11位于鐵磁性矩形體18的上方，所述的載流線圈11與所述的鍵合焊盤(pán)12連接。

圖12為傳感器軸的磁導(dǎo)率隨調(diào)制電流變化的示意圖；隨著調(diào)制電流的增加，磁傳感器軸的磁導(dǎo)率減小，施加交流調(diào)制電流，圖13為施加的調(diào)制電流的波形圖，從圖13看出中，施加電流為正弦信號(hào)；其中的磁導(dǎo)率的大小與電流剛好相反，如圖14所示，圖14為磁導(dǎo)率變化的波形圖；因磁場(chǎng)增益隨磁導(dǎo)率的變化而變化，進(jìn)而得到了傳感器增益波形圖，如圖15所示。

圖16為調(diào)制磁電阻傳感器的輸入輸出示意圖，調(diào)制磁電阻傳感器包括調(diào)制電流輸入端、調(diào)制電流輸出端、傳感器電流輸入端和傳感器電流輸出端，圖中的箭頭方向?yàn)獒斣鷮臃较颉?/p>

本發(fā)明還包括交流基準(zhǔn)電源，所述的交流基準(zhǔn)電源以頻率f周期性地驅(qū)動(dòng)所述傳感器的調(diào)制器棒、模擬前端電路、低通濾波器以及混頻器，所述的模擬前端電路包括前端處理器和放大器，所述的前端處理器與磁電阻傳感器的輸出端電容耦合，所述的混頻器的輸入端電連接到所述的交流基準(zhǔn)電源和所述的前端處理器輸出端；所述的低通濾波器的輸入端電連接所述的混頻器的輸出端，所述的低通濾波器的輸出端提供一個(gè)輸出信號(hào)，所述的輸出信號(hào)與所述的磁電阻感應(yīng)元件所檢測(cè)的磁場(chǎng)的幅值和極性對(duì)應(yīng)。

圖17為單個(gè)磁電阻電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖，圖18為單個(gè)磁電阻電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖，圖19為半橋電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖，圖20為半橋電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖；圖21為全橋電路的單極性的第一諧波應(yīng)用示意圖；圖22為全橋電路的雙極性的第二諧波應(yīng)用示意圖。

圖17中所述的交流基準(zhǔn)電源信號(hào)是單極性的。所述的低通濾波器與所述的混頻器的輸出端連接，所述的低通濾波器為一次諧波低通濾波器，具有頻率為f的低頻截止頻率。

圖17中還包括有一個(gè)優(yōu)化濾波器，與所述的交流基準(zhǔn)電源或者所述的混頻器的一個(gè)輸入信號(hào)電連接，所述優(yōu)化濾波器通過(guò)在交流基準(zhǔn)電源信號(hào)進(jìn)入到混頻電路之前去除部分頻率分量，以及通過(guò)轉(zhuǎn)換交流基準(zhǔn)電源信號(hào)為交流電壓信號(hào)的方式來(lái)調(diào)節(jié)所述基準(zhǔn)電源信號(hào)。

圖18中，所述的交流基準(zhǔn)電源信號(hào)是雙極性的，所述的磁電阻傳感器還包括倍頻器，所述的倍頻器與所述的交流基準(zhǔn)電源以及所述的混頻器的輸入端電連接，低通濾波器與所述的混頻器的輸出端連接，所述的低通濾波器為二次諧波低通濾波器，具有頻率為2f的低頻截止頻率。

圖19和圖20分別采用兩個(gè)磁電阻電路元件構(gòu)成半橋電路。圖21和圖22分別采用四個(gè)磁電阻電路元件構(gòu)成全橋電路，具體工作原理與上述類(lèi)似。所述的傳感器電橋包括兩個(gè)或者兩個(gè)以上互連的芯片，每個(gè)獨(dú)立的芯片包括磁電阻感應(yīng)元件串，所述的磁電阻感應(yīng)元件串電連接成一個(gè)或多個(gè)傳感器電橋電路的橋臂；或者所述傳感器電橋包括單一芯片，構(gòu)成傳感器電橋的橋臂沉積在所述單一芯片上。

需要說(shuō)明的是，所述的fm1層和所述的fm2層有不同的剩磁厚度積mrt；其中，在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，即使交流基準(zhǔn)電源信號(hào)最大，此時(shí)所述調(diào)制電流在傳感器位置產(chǎn)生的磁場(chǎng)也為最小，所述調(diào)制電流在傳感器位置產(chǎn)生的磁場(chǎng)不受交流基準(zhǔn)電源的影響。

需要說(shuō)明的是，在所述交流基準(zhǔn)電源信號(hào)位于工作頻率范圍時(shí)，所述的磁電阻傳感器元件產(chǎn)生白噪聲頻率是遠(yuǎn)大于1/f噪聲頻率的。其中，通過(guò)增加傳感器的尺寸，擴(kuò)大面積能夠減小1/f噪聲。

本發(fā)明使用rkky耦合的fm堆棧形式，通過(guò)調(diào)制器輸出的調(diào)制電流改變所述磁電阻傳感器的磁導(dǎo)率，并因此調(diào)制磁場(chǎng)。并且，本發(fā)明能夠在被傳感器元件探測(cè)之前進(jìn)行調(diào)制，確保調(diào)制信號(hào)位于所述磁電阻傳感器的相應(yīng)線性區(qū)域范圍內(nèi)。

以上實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。