[發(fā)明專利]一種磁阻混頻器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310313538.3
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103384141A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周志敏;詹姆斯·G·迪克
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi);項(xiàng)麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁阻混頻器。

技術(shù)領(lǐng)域

混頻器指將頻率為f1的信號源與頻率為f2的信號源轉(zhuǎn)變成具有f1+f2和f1-f2特征頻率輸出信號的電子器件。通過混頻器，可以使得信號源頻率移動(dòng)到高頻或低頻位置，從而方便進(jìn)行信號處理。例如通過混頻技術(shù)將信號頻率發(fā)生移動(dòng)，從而使其同噪音信號分離開來，進(jìn)而通過濾波技術(shù)可以將噪音過濾掉，再通過混頻技術(shù)使得信號頻率恢復(fù)到原來的數(shù)值，從而可以實(shí)現(xiàn)噪音信號的處理。因此，混頻技術(shù)在信號處理電路技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

目前使用的混頻器包括無源和有源兩種類型。無源混頻器采用一個(gè)或多個(gè)二極管，利用二極管電流-電壓特征曲線的非線性段近似具有二次方特征來實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，操作時(shí)將兩個(gè)輸入信號之和作用于二極管，則進(jìn)一步將二極管輸出電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號即可以得到包含兩個(gè)信號乘積的輸出項(xiàng)。

有源混頻器采用乘法器（例如晶體管或真空管）增加乘積信號強(qiáng)度，通過將輸入頻率信號和本振頻率進(jìn)行混頻，從而可以得到包含兩個(gè)頻率的加法和減法的信號輸出頻率，有源混頻器提高了兩個(gè)輸入端的隔離程度，但可能具有更高噪音，并且其功耗也更大。

以上混頻器存在如下問題：

1）二極管混頻器采用近似處理方法，輸出信號除了包含所需頻率之外，還存在著其他頻率，而且其信號強(qiáng)度還比較大，需要后續(xù)采用濾波器等技術(shù)來分離噪音，才能得到所需信號。

2）有源混頻器采用本振實(shí)現(xiàn)頻率混合，輸出信號包含多種其他頻率，同樣需要采用濾波器進(jìn)行分離，而且需要使用乘法器以及本振等器件，增加了電路的復(fù)雜程度和功耗。

3）輸入信號和輸出信號無法實(shí)現(xiàn)有效的隔離，二者之間會產(chǎn)生相互影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上存在的問題，本發(fā)明提出了一種磁阻混頻器，利用磁阻傳感器的電阻隨外磁場變化具有良好線性關(guān)系的特點(diǎn)，將其中一種流過螺旋線圈的頻率信號轉(zhuǎn)變成磁場信號，另外一種頻率信號轉(zhuǎn)變成電源信號作用于磁阻傳感器，則磁阻傳感器的輸出信號即為兩種頻率信號的乘法運(yùn)算信號，所得信號的頻率為其之和或之差，而沒有其他多余的信號，從而不需要濾波器等其他元件；由于螺旋線圈和磁阻傳感器之間采用磁場耦合，從而實(shí)現(xiàn)了輸入信號之間以及輸入信號和輸出信號之間的有效隔離；此外，磁阻傳感器還具有低功耗特點(diǎn)，并具有高的磁場靈敏度，因此磁場敏感電流不需要太大，而且輸出信號較大，這些保證了低功耗和低噪音。

本發(fā)明提出的用于對輸入的第一頻率信號源和第二頻率信號源進(jìn)行混頻得到混頻信號的磁阻混頻器包括：

螺旋線圈、橋式磁阻傳感器以及磁屏蔽層，所述的螺旋線圈位于所述的磁屏蔽層和所述的橋式磁阻傳感器之間；所述的橋式磁阻傳感器包括四個(gè)構(gòu)成橋式結(jié)構(gòu)的磁阻傳感器單元，兩兩一組分別位于所述的螺旋線圈上方或下方具有相反電流方向的兩個(gè)區(qū)域內(nèi)；每個(gè)磁阻傳感器單元包含N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)行，每個(gè)陣列式磁隧道結(jié)行由M個(gè)磁隧道結(jié)構(gòu)成，M、N均為正整數(shù)，且各所述的陣列式隧道結(jié)行之間以串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接成兩端口結(jié)構(gòu)，且所述的磁隧道結(jié)的敏感軸垂直于其所在的所述的區(qū)域內(nèi)所述的螺旋線圈中的電流方向；在兩個(gè)所述的區(qū)域內(nèi)，所述的磁阻傳感器單元中的磁隧道結(jié)的敏感軸向磁場分布特征相反，而在單個(gè)所述的區(qū)域內(nèi)，所述的磁阻傳感器單元中的磁隧道結(jié)的敏感軸向磁場分布特征相同；所述的第一頻率信號源通過所述的螺旋線圈輸入，從而使所述的第一頻率信號源轉(zhuǎn)變成與所述的磁隧道結(jié)敏感軸向磁場具有相同頻率的磁場信號并作用于所述的磁隧道結(jié)，使得所述的磁阻傳感器單元的電阻發(fā)生變化，所述的第二頻率信號源通過所述的橋式磁阻傳感器的電源-地端口輸入，使得所述的磁阻傳感器單元兩端的電壓發(fā)生變化，所述的混頻信號通過所述的橋式磁阻傳感器的信號輸出端輸出，其輸出的混頻信號的頻率為所述的第一頻率信號源和所述的第二頻率信號源的頻率之和或之差。

優(yōu)選地，四個(gè)所述的磁阻傳感器單元具有相同的電阻-磁場特征。

優(yōu)選地，位于兩個(gè)所述的區(qū)域內(nèi)的所述的磁阻傳感器單元具有相同的磁隧道結(jié)連接結(jié)構(gòu)，且相位相反。

優(yōu)選地，在所述的第一頻率信號源通過所述的螺旋線圈所產(chǎn)生的磁場范圍內(nèi)，所述的磁阻傳感器單元中的磁隧道結(jié)的電阻與外磁場之間為線性特征關(guān)系。

優(yōu)選地，位于所述的螺旋線圈上方或下方的單個(gè)磁阻傳感器單元內(nèi)的所述的陣列式磁隧道結(jié)行的敏感軸向磁場具有均勻或非均勻磁場分布特征。

優(yōu)選地，位于所述的螺旋線圈上方或下方的所述的區(qū)域內(nèi)的所述的磁阻傳感器單元中的陣列式磁隧道結(jié)行垂直或平行于該區(qū)域內(nèi)的所述的螺旋線圈中的電流方向。