[發明專利]一種利用高分辨力磁場探測的低噪聲MEMS前置放大器件

有效

• 申請號: 201611128681.5
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106646278B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 潘孟春;潘龍;胡佳飛;田武剛;于洋;陳棣湘;李裴森;胡靖華;杜青法;胡悅國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/09
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪;譚武藝

本發明公開了一種利用高分辨力磁場探測的低噪聲MEMS前置放大器件，包括絕緣基底和磁力線聚集器，所述磁力線聚集器的底面上繞設有底層線圈，所述磁力線聚集器的頂面上繞設有頂層線圈，所述底層線圈和頂層線圈一起形成繞設于磁力線聚集器上的電流線圈，所述磁力線聚集器呈回形結構且由兩個采用高導磁材料生長在絕緣基底上形成的高導磁部件呈軸對稱布置構成，兩個高導磁部件之間設有間隙，所述絕緣基底上位于所述間隙內設有磁場敏感元件，所述絕緣基底上位于磁場敏感元件的上方設有微壓電橋調制組件。本發明能夠實現亞納伏級別的低噪聲放大，具有磁場聚集放大效果好、抗外磁場干擾性能好、體積小、電?磁信號轉化效率高的優點。

技術領域

本發明涉及微弱信號檢測技術領域，具體涉及一種利用高分辨力磁場探測的低噪聲MEMS前置放大器件，用于微弱電信號極低頻低噪聲的前置放大。

背景技術

低噪聲前置放大器通常作為第一級放大電路，目前已經被廣泛地應用于各類無線電接收機和高靈敏電子探測設備中，其噪聲水平很大程度上決定了整個放大電路乃至整個儀器設備的噪聲相關性能。傳統的低噪聲放大器一般由于受到硅基半導體內在物理機制的限制，存在明顯的1/f噪聲特性，頻率越低，噪聲越大，導致用于極低頻(<1Hz)信號的低噪聲放大器其噪聲水平很難達到亞nV量級。在很多需要檢測極低頻微弱信號的情況下，難以達到要求。例如：海洋電場檢測可應用于海洋地質勘探、水下目標探測、腐蝕檢測等方面，但是由于海水導電，海洋電場頻域越高，衰減越快，一般海洋電場檢測的是極低頻微弱信號，傳統放大器難以滿足海洋電場檢測的需要。

目前，在科研實驗領域廣為使用的是美國Stanford Research公司的SR560型低噪聲前置電壓放大器，該低噪聲前置電壓放大器存在明顯的1/f噪聲特性，其拐點頻率在100Hz左右，典型低頻本底噪聲為4nV/√Hz@100Hz、10nV/√Hz@10Hz、40nV/√Hz@1Hz。此外，TI公司優秀的低噪聲放大芯片opa211高頻處噪聲密度為1.1nV/√Hz，其拐點頻率在100Hz左右，在1Hz處的噪聲密度為6nV/√Hz。為了減小低頻1/f噪聲，國內外研究人員普遍采用斬波調制的方法。國內邱賀等人設計并研制了斬波前置放大器并進行了測試，在頻帶范圍0.001Hz～10kHz，等效輸入噪聲密度為3.75nV/√Hz。德國D.Drung等人設計并研制了一款斬波低噪聲放大器，等效輸入噪聲密度達到0.73nV/√Hz，1/f噪聲的拐點頻率為3mHz。為了實現低頻低噪聲放大，國內外的專利也主要是通過斬波調制實現，尚未見其它基于新原理的極低頻低噪聲放大器的研究。但是，斬波放大器由于時鐘潰通、電荷注入等非理性特性，輸出會存在一定的殘余失調，從而影響了它的性能。可見，傳統低噪聲放大器的噪聲達到1nV/√Hz左右難以繼續降低，且在極低頻處的噪聲可能更大，難以滿足某些極低頻微弱信號測量的需求。亟待開展基于新原理的極低頻低噪聲前置放大器研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種能夠實現亞納伏級別的低噪聲放大，磁場聚集放大效果好、抗外磁場干擾性能好、體積小、電-磁信號轉化效率高的利用高分辨力磁場探測的低噪聲MEMS前置放大器件。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種利用高分辨力磁場探測的低噪聲MEMS前置放大器件，包括絕緣基底和磁力線聚集器，所述磁力線聚集器的底面上繞設有底層線圈，所述磁力線聚集器的頂面上繞設有頂層線圈，所述磁力線聚集器呈回形結構且由兩個采用高導磁材料生長在絕緣基底上形成的高導磁部件呈軸對稱布置構成，兩個高導磁部件之間設有間隙，所述絕緣基底上位于所述間隙內設有磁場敏感元件，所述絕緣基底上位于磁場敏感元件的上方設有微壓電橋調制組件。