[发明专利]一种磁阻混频器

说明书

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种磁阻混频器。

技术领域

混频器指将频率为f1的信号源与频率为f2的信号源转变成具有f1+f2和f1-f2特征频率输出信号的电子器件。通过混频器，可以使得信号源频率移动到高频或低频位置，从而方便进行信号处理。例如通过混频技术将信号频率发生移动，从而使其同噪音信号分离开来，进而通过滤波技术可以将噪音过滤掉，再通过混频技术使得信号频率恢复到原来的数值，从而可以实现噪音信号的处理。因此，混频技术在信号处理电路技术中得到广泛应用。

目前使用的混频器包括无源和有源两种类型。无源混频器采用一个或多个二极管，利用二极管电流-电压特征曲线的非线性段近似具有二次方特征来实现乘法运算，操作时将两个输入信号之和作用于二极管，则进一步将二极管输出电流信号转变成电压信号即可以得到包含两个信号乘积的输出项。

有源混频器采用乘法器（例如晶体管或真空管）增加乘积信号强度，通过将输入频率信号和本振频率进行混频，从而可以得到包含两个频率的加法和减法的信号输出频率，有源混频器提高了两个输入端的隔离程度，但可能具有更高噪音，并且其功耗也更大。

以上混频器存在如下问题：

1）二极管混频器采用近似处理方法，输出信号除了包含所需频率之外，还存在着其他频率，而且其信号强度还比较大，需要后续采用滤波器等技术来分离噪音，才能得到所需信号。

2）有源混频器采用本振实现频率混合，输出信号包含多种其他频率，同样需要采用滤波器进行分离，而且需要使用乘法器以及本振等器件，增加了电路的复杂程度和功耗。

3）输入信号和输出信号无法实现有效的隔离，二者之间会产生相互影响。

发明内容

为了解决以上存在的问题，本发明提出了一种磁阻混频器，利用磁阻传感器的电阻随外磁场变化具有良好线性关系的特点，将其中一种流过螺旋线圈的频率信号转变成磁场信号，另外一种频率信号转变成电源信号作用于磁阻传感器，则磁阻传感器的输出信号即为两种频率信号的乘法运算信号，所得信号的频率为其之和或之差，而没有其他多余的信号，从而不需要滤波器等其他元件；由于螺旋线圈和磁阻传感器之间采用磁场耦合，从而实现了输入信号之间以及输入信号和输出信号之间的有效隔离；此外，磁阻传感器还具有低功耗特点，并具有高的磁场灵敏度，因此磁场敏感电流不需要太大，而且输出信号较大，这些保证了低功耗和低噪音。

本发明提出的用于对输入的第一频率信号源和第二频率信号源进行混频得到混频信号的磁阻混频器包括：

螺旋线圈、桥式磁阻传感器以及磁屏蔽层，所述的螺旋线圈位于所述的磁屏蔽层和所述的桥式磁阻传感器之间；所述的桥式磁阻传感器包括四个构成桥式结构的磁阻传感器单元，两两一组分别位于所述的螺旋线圈上方或下方具有相反电流方向的两个区域内；每个磁阻传感器单元包含N个阵列式磁隧道结行，每个阵列式磁隧道结行由M个磁隧道结构成，M、N均为正整数，且各所述的阵列式隧道结行之间以串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，且所述的磁隧道结的敏感轴垂直于其所在的所述的区域内所述的螺旋线圈中的电流方向；在两个所述的区域内，所述的磁阻传感器单元中的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征相反，而在单个所述的区域内，所述的磁阻传感器单元中的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征相同；所述的第一频率信号源通过所述的螺旋线圈输入，从而使所述的第一频率信号源转变成与所述的磁隧道结敏感轴向磁场具有相同频率的磁场信号并作用于所述的磁隧道结，使得所述的磁阻传感器单元的电阻发生变化，所述的第二频率信号源通过所述的桥式磁阻传感器的电源-地端口输入，使得所述的磁阻传感器单元两端的电压发生变化，所述的混频信号通过所述的桥式磁阻传感器的信号输出端输出，其输出的混频信号的频率为所述的第一频率信号源和所述的第二频率信号源的频率之和或之差。

优选地，四个所述的磁阻传感器单元具有相同的电阻-磁场特征。

优选地，位于两个所述的区域内的所述的磁阻传感器单元具有相同的磁隧道结连接结构，且相位相反。

优选地，在所述的第一频率信号源通过所述的螺旋线圈所产生的磁场范围内，所述的磁阻传感器单元中的磁隧道结的电阻与外磁场之间为线性特征关系。

优选地，位于所述的螺旋线圈上方或下方的单个磁阻传感器单元内的所述的阵列式磁隧道结行的敏感轴向磁场具有均匀或非均匀磁场分布特征。

优选地，位于所述的螺旋线圈上方或下方的所述的区域内的所述的磁阻传感器单元中的阵列式磁隧道结行垂直或平行于该区域内的所述的螺旋线圈中的电流方向。