[發明專利]一種基于弛豫鐵電材料磁電傳感器的前端放大器電路

無效

• 申請號: 201010004938.2
• 申請日: 2010-01-20
• 公開（公告）號: CN101807891A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 丁俊民;陳帥;景為平;顧勇;魯華祥;李言謹
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H03F3/42
• 分類號: H03F3/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種弛豫鐵電材料磁電傳感器的高CMRR前端放大器單元電路 模塊。

背景技術

目前工業使用的磁電傳感器主要是磁敏線圈和霍爾傳感器。磁敏線圈是一 種被動式通量傳感器，受頻率影響較大，主要適合在中高頻探測。但在高頻下 其電輸出很大，往往會對前端接受設備造成破壞。霍爾傳感器是一種主動式場 傳感器，它的靈敏度比較差，同時在使用的過程中，需溫度補償，成本較高， 且需耗能。而基于弛豫鐵電材料的新型磁電傳感器具有被動式探測，無能耗， 成本低，尺寸小，線性度好，探測精度和靈敏度高，探測頻率范圍寬，無需溫 度補償，無線圈，安全不易著火，成本低等優點，引起人們越來越濃厚的興趣。

然而該磁電傳感器在步入應用階段之前仍需要解決很多問題。如器件的前 置放大電路設計，熱噪聲及振動噪聲控制等問題。另外，傳感器信號是微弱的 高阻抗信號源，而外界環境中存在大量50Hz的電磁波干擾，這使得傳感器很容 易給系統引入50Hz的干擾信號。如何解決這些問題將直接關系到這種新型磁電 傳感器在未來磁傳感器市場的命運。

發明內容

本發明的主要目的是克服弛豫鐵電材料磁電傳感器的50Hz強工頻干擾，放 大微弱的探測信號，提高弛豫鐵電材料磁電傳感器的信噪比。

上述目的通過下述的技術方案來實現：

設計的關鍵要點是高共模抑制比、低噪聲和低功耗。考慮到電路中電流鏡 的輸出擺幅和輸出阻抗，該電路放棄了傳統的共源共柵(cascode)結構，而采用了 一種適用于低電壓工作的高輸出阻抗CMOS電流鏡結構。輸入電路單元為一個 跨導放大器，輸出電路單元為一個跨阻放大器；其中，跨導放大器中包括一個 電流鏡像電路，通過電流鏡像電路的反饋控制兩個輸入管的電流，并且輸入管 工作在反型區；跨阻放大器中包括一個電流鏡像電路，其中電流鏡像電路的直 接控制輸出電壓與輸入電流的比值，輸入部分的共模增益和輸出電壓與輸入電 流的比值直接影響到電路的共模增益。

上述前端放大器電路，包含輸入電路單元、輸出電路單元和電流鏡均集成 在一集成電路芯片上。

弛豫鐵電材料磁電傳感器的高CMRR前端放大器單元電路中采用了適用于 低電壓工作的高輸出阻抗電流鏡結構；該結構是傳統RGC(regulated-cascode) 結構的改進，所以保留了高輸出阻抗特性，又克服閾值電壓損失，可以維持其 高輸出擺幅；其中M_a1、M_a2、M_a3、M_a4、M_a5、M_a6為PMOS管，M_a7、M_a8為NMOS管；M_a1、M_a2、M_a3、M_a4組成Cascode結構，M_a5、M_a6、M_a7、 M_a8組成電流型放大器；M_a1、M_a2柵極相連接輸入電流I_in端(電流鏡電流輸入 端)，M_a1、M_a2源極相連接電源，M_a1漏極接M_a4、M_a6源極，M_a2漏極接M_a3、 M_a5源極；M_a4柵極接偏置端imr_bias(電流鏡基準電壓偏置端)，源極接M_a6源極和M_a1漏極，漏極接I_in端；M_a3柵極接M_a8、M_a6漏極，源極接M_a2漏極， 漏極接I_out端；M_a5、M_a6柵極相接，M_a5柵漏極相接，都接M_a7漏極，M_a5源 極接M_a3源極和M_a2漏極，M_a6漏極接M_a3柵極和M_a8漏極，M_a6源極接M_a4源極和M_a1漏極；M_a7、M_a8柵極相連，接電壓偏置端Vbias端，M_a7、M_a8源 極相連接地，M_a7漏極接M_a5漏極，M_a8漏極接M_a3柵極和M_a6漏極。