本發(fā)明涉及磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平衡磁電阻混頻器。

背景技術(shù)：

混頻器指將頻率為f1的信號(hào)源與頻率為f2的信號(hào)源轉(zhuǎn)變成具有f1+f2和f1-f2特征頻率輸出信號(hào)的電子器件。通過混頻器，從而使得信號(hào)源頻率移動(dòng)到高頻或低頻位置，從而方便進(jìn)行信號(hào)處理，例如通過混頻技術(shù)將信號(hào)頻率發(fā)生移動(dòng)，從而同噪音信號(hào)分離開來(lái)，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(hào)頻率恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值，從而可以實(shí)現(xiàn)噪音信號(hào)的處理。因此，混頻技術(shù)在信號(hào)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(wú)源和有源兩種類型，無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，操作時(shí)將兩個(gè)輸入信號(hào)之和作用于二極管，則進(jìn)一步將二極管輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)即可以得到包含兩個(gè)信號(hào)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(hào)強(qiáng)度，通過將輸入頻率信號(hào)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(hào)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(hào)除了包含所需頻率之外，還存在著其他頻率，而且其信號(hào)強(qiáng)度還比較大，需要后續(xù)采用濾波器等技術(shù)來(lái)分離噪音，才能得到所需信號(hào)。

2)有源混頻器采用本振實(shí)現(xiàn)頻率混合，輸出信號(hào)包含多種其他頻率，同樣需要采用濾波器進(jìn)行分離，而且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(hào)和輸出信號(hào)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的隔離，之間會(huì)產(chǎn)生相互影響。

為了解決以上存在的問題，中國(guó)專利201310313538.3提出了一種磁阻混頻器，利用磁電阻傳感器隨外磁場(chǎng)變化具有良好線性關(guān)系的特點(diǎn)，將其中一種頻率信號(hào)轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)信號(hào)，通過電流流過線圈來(lái)產(chǎn)生，另外一種頻率信號(hào)轉(zhuǎn)變成電源信號(hào)作用于磁電阻傳感器，則磁阻傳感器輸出信號(hào)即為兩種頻率的乘法運(yùn)算信號(hào)，所得頻率為其之和或差，而沒有其他多余的信號(hào)，從而不需要濾波器等其他元件；由于線圈和傳感器之間采用磁場(chǎng)耦合，從而實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)之間以及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的有效隔離。

但是，上述磁阻混頻器存在如下問題，第一頻率信號(hào)和第二頻率信號(hào)除了作為混頻器的信號(hào)源之外，還作為磁電阻傳感器的電源信號(hào)，通常情況下，電源信號(hào)幅度大于信號(hào)源幅度，從而影響了混頻器對(duì)第二頻率信號(hào)的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種平衡磁電阻混頻器，其第一頻率信號(hào)源和第二頻率信號(hào)源一樣都是通過螺旋線圈作用于磁電阻臂來(lái)實(shí)現(xiàn)混頻，同時(shí)電壓源具有單獨(dú)穩(wěn)定的特征，避免了同時(shí)作為電源和信號(hào)源所引入的難題。

本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的一種平衡磁電阻混頻器，其包括螺旋線圈、平衡橋式磁電阻傳感器及磁屏蔽層，所述螺旋線圈位于所述磁屏蔽層和所述平衡橋式磁電阻傳感器之間，所述螺旋線圈包括第一螺旋線圈和第二螺旋線圈，所述第一螺旋線圈的上表面或下表面具有第一子區(qū)域和第二子區(qū)域，所述第一子區(qū)域與第二子區(qū)域內(nèi)的電流方向相反，所述第二螺旋線圈的上表面或下表面具有第三子區(qū)域，所述第三子區(qū)域內(nèi)的電流為同一方向，所述平衡橋式磁電阻傳感器包括磁電阻全橋和磁電阻平衡臂，所述磁電阻平衡臂與所述磁電阻全橋連接，所述磁電阻全橋由四個(gè)磁電阻橋臂構(gòu)成，其中兩個(gè)磁電阻橋臂位于所述第一子區(qū)域內(nèi)，另兩個(gè)磁電阻橋臂位于所述第二子區(qū)域內(nèi)，所述磁電阻平衡臂位于所述第三子區(qū)域內(nèi)，所述第一螺旋線圈輸入第一頻率信號(hào)源，所述第二螺旋線圈輸入第二頻率信號(hào)源，所述磁電阻全橋的信號(hào)輸出端輸出混頻信號(hào)，所述混頻信號(hào)的輸出頻率為第一頻率信號(hào)源和第二頻率信號(hào)源的頻率之和或者之差。

進(jìn)一步的，所述磁電阻平衡臂為一個(gè)，這一個(gè)磁電阻平衡臂與磁電阻全橋電源輸出端或輸入端連接；或者，

所述磁電阻平衡臂為兩個(gè)，這兩個(gè)磁電阻平衡臂分別與磁電阻全橋電源輸出端和輸入端連接。

進(jìn)一步的，所述磁電阻橋臂和所述磁電阻平衡臂分別包括M*N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)，每列所述磁隧道結(jié)串聯(lián)連接成磁隧道結(jié)單元串，所述磁隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接成兩端口結(jié)構(gòu)，N表示陣列式結(jié)構(gòu)的列，M表示陣列式結(jié)構(gòu)的行，N和M分別為大于或等于1的正整數(shù)。

進(jìn)一步的，所述磁電阻橋臂中的磁隧道結(jié)的敏感軸均垂直于第一螺旋線圈的電流方向，所述磁電阻平衡臂中的磁隧道結(jié)的敏感軸均垂直于第二螺旋線圈的電流方向，所述第一子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)與第二子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)的敏感軸向磁場(chǎng)分布特征呈反向。

進(jìn)一步的，所述第一子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)與所述第二子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)的連接結(jié)構(gòu)相同，且對(duì)稱設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述第一子區(qū)域和第二子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)的電阻分別與所述第一螺旋線圈產(chǎn)生的磁隧道結(jié)敏感軸向磁場(chǎng)呈線性關(guān)系；

所述第三子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)的電阻與所述第二螺旋線圈產(chǎn)生的磁隧道結(jié)敏感軸向磁場(chǎng)呈線性關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述第一子區(qū)域和第二子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)垂直或平行于所述第一螺旋線圈的電流方向，第三子區(qū)域內(nèi)的磁隧道結(jié)垂直或平行于所述第二螺旋線圈的電流方向。

進(jìn)一步的，所述第一頻率信號(hào)源通過有源或無(wú)源方式與所述第一螺旋線圈相連，所述第二頻率信號(hào)源通過無(wú)源或有源方式與所述第二螺旋線圈相連，所述混頻信號(hào)通過無(wú)源或有源方式與所述平衡橋式磁阻傳感器的信號(hào)輸出端相連。

進(jìn)一步的，所述螺旋線圈為高導(dǎo)電率金屬材料線圈，所述高導(dǎo)電率金屬包括銅、金、銀、鋁和鉭中的一種或多種，所述磁屏蔽層為高磁導(dǎo)率鐵磁合金層，所述高磁導(dǎo)率鐵磁合金包括NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB和FeSiBNbCu中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述螺旋線圈厚度為1-20μm，所述螺旋線圈的寬度為5-40μm，相鄰的兩螺旋線圈之間的間距為10-100μm，所述磁屏蔽層厚度為1-20μm。

本發(fā)明的平衡磁電阻混頻器，其第一頻率信號(hào)源仍舊通過第一線圈作用于磁電阻電橋的四個(gè)磁電阻橋臂，第二頻率信號(hào)源則通過第二線圈作用于與磁電阻電橋串聯(lián)的磁電阻平衡臂，而四個(gè)磁電阻橋臂和磁電阻平衡臂構(gòu)成的平衡橋式磁電阻傳感器的兩端直接連接電源和地，在混頻器工作時(shí)，電源和地之間電壓保持不變，而四個(gè)磁電阻橋臂構(gòu)成的磁電阻全橋的兩端的電壓通過磁電阻平衡臂進(jìn)行調(diào)節(jié)，同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)第一頻率信號(hào)源和第二頻率信號(hào)源頻率的混合，這樣的優(yōu)勢(shì)在于，第一頻率信號(hào)源和第二頻率信號(hào)源一樣都是通過螺旋線圈作用于磁電阻臂(磁電阻橋臂和磁電阻平衡臂)來(lái)實(shí)現(xiàn)混頻，同時(shí)電壓源具有單獨(dú)穩(wěn)定的特征，避免了同時(shí)作為電源和信號(hào)源所引入的難題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器截面圖；

圖2是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器頂視圖；

圖3是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器的另一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器上螺旋線圈在磁電阻上磁場(chǎng)分布圖；

圖6是本發(fā)明有無(wú)磁屏蔽層時(shí)螺旋線圈磁場(chǎng)分布圖；

圖7是本發(fā)明磁屏蔽層對(duì)外磁場(chǎng)衰減因子計(jì)算圖；

圖8是本發(fā)明無(wú)磁屏蔽層時(shí)外磁場(chǎng)分布圖；

圖9是本發(fā)明有磁屏蔽層時(shí)外磁場(chǎng)分布圖；

圖10是本發(fā)明磁電阻傳感器磁電阻-外磁場(chǎng)特征圖；

圖11是發(fā)明磁電阻全橋橋臂或平衡臂磁隧道結(jié)串聯(lián)連接圖；

圖12是本發(fā)明磁電阻全橋橋臂或平衡臂磁隧道結(jié)并聯(lián)連接圖；

圖13是本發(fā)明磁電阻全橋橋臂或平衡臂磁隧道結(jié)串并聯(lián)連接圖；

圖14是本發(fā)明第一螺旋線圈及磁電阻橋臂隧道結(jié)的一個(gè)分布示意圖；

圖15是本發(fā)明第二螺旋線圈及磁電阻平衡臂隧道結(jié)的一個(gè)分布示意圖；

圖16是本發(fā)明第一螺旋線圈及磁電阻橋臂隧道結(jié)的另一個(gè)分布示意圖；

圖17是本發(fā)明第二螺旋線圈及磁電阻平衡臂隧道結(jié)的另一個(gè)分布示意圖；

圖18是本發(fā)明第一螺旋線圈及磁電阻橋臂隧道結(jié)的再一個(gè)分布示意圖；

圖19是本發(fā)明第二螺旋線圈及磁電阻平衡臂隧道結(jié)的再一個(gè)分布示意圖；

圖20是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器工作模式圖一；

圖21是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器工作模式圖二；

圖22是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器工作模式圖三；

圖23是本發(fā)明平衡磁電阻混頻器工作模式圖四。

其中，1-襯底，2-磁屏蔽層，3-平衡橋式磁電阻傳感器，4-螺旋線圈，40-第一螺旋線圈，44-第二螺旋線圈，41-第一子區(qū)域，42-第二子區(qū)域，43-第三子區(qū)域，31,32-磁電阻橋臂，33-磁電阻平衡臂。

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。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明所提出的平衡磁電阻混頻器截面結(jié)構(gòu)圖，所述混頻器包括螺旋線圈4、平衡橋式磁電阻傳感器3及磁屏蔽層2，所述螺旋線圈4位于所述磁屏蔽層2和所述平衡橋式磁電阻傳感器3之間。其中，位于襯底1之上的螺旋線圈4包括第一螺旋線圈40和第二螺旋線圈44，其中，第一螺旋線圈40包括具有相反電流的第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42，第二螺旋線圈44包括第三子區(qū)域43，且第三子區(qū)域43具有相同的電流方向。所述平衡橋式磁電阻傳感器3包括磁電阻全橋和磁電阻平衡臂，所述磁電阻平衡臂與所述磁電阻全橋連接，所述磁電阻全橋由四個(gè)磁電阻橋臂構(gòu)成，其中兩個(gè)磁電阻橋臂位于所述第一子區(qū)域41內(nèi)，另兩個(gè)磁電阻橋臂位于所述第二子區(qū)域42內(nèi)，所述磁電阻平衡臂位于所述第三子區(qū)域43內(nèi)，所述第一螺旋線圈40輸入第一頻率信號(hào)源，所述第二螺旋線圈44輸入第二頻率信號(hào)源，所述磁電阻全橋的信號(hào)輸出端輸出，所述混頻信號(hào)的輸出頻率為第一頻率信號(hào)源和第二頻率信號(hào)源的頻率之和或者之差。

圖2為平衡磁電阻混頻器頂視圖，其中，2為磁屏蔽層，40和44分別為第一螺旋線圈和第二螺旋線圈，41和42分別為第一螺旋線圈40中具有相互平行排列導(dǎo)線的第一個(gè)子區(qū)域41和第二子區(qū)域42，第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42電流方向相反，這樣第一螺旋線圈40在第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布特征呈反向，并且保證磁電阻橋臂31和磁電阻橋臂32在相同的螺旋線圈電流的情況下感受的磁場(chǎng)相同，這樣磁電阻橋臂31和磁電阻橋臂32的磁電阻值大小相等，方向相反。同理，第二螺旋線圈44中也包含一段具有相互平行排列導(dǎo)線的第三子區(qū)域43，單個(gè)或者兩個(gè)磁電阻平衡臂33位于第三子區(qū)域43中，并且第三子區(qū)域43中電流方向?yàn)橥环较颉?/p>

圖3和圖4分別為平衡橋式混頻器的兩種結(jié)構(gòu)圖，平衡橋式磁電阻傳感器包括磁電阻全橋和磁電阻平衡臂，磁電阻全橋由四個(gè)磁電阻橋臂R1、R2、R3和R4構(gòu)成，所述磁電阻平衡臂為一個(gè)R5，這一個(gè)磁電阻平衡臂R5位于磁電阻全橋電源輸入端或者電流輸入端，并與磁電阻全橋串聯(lián)，或者所述磁電阻平衡臂為兩個(gè)R5和R6，R5和R6分別與磁電阻全橋電源輸出端和輸入端串聯(lián)，其中C1、C2、C3和C4構(gòu)成第一螺旋線圈，C5和C6構(gòu)成第二螺旋線圈，R1和R2位于第一子區(qū)域，R3和R4位于第二子區(qū)域，R5和R6位于第三子區(qū)域，第一頻率信號(hào)源兩端電壓信號(hào)頻率為f1，第二頻率信號(hào)源的信號(hào)頻率為f2，平衡橋式磁電阻傳感器兩端電壓源恒定，分別為Vcc和GND，而其信號(hào)輸出端差分輸出第三信號(hào)頻率為f。

圖5為第一螺旋線圈或第二螺旋線圈和磁屏蔽層所產(chǎn)生磁場(chǎng)在空間分布曲線圖，圖6比較了有磁屏蔽層和無(wú)屏蔽層條件下，第一螺旋線圈或第二螺旋線圈上表面或者下表面橋式磁電阻傳感器的第一子區(qū)域、第二子區(qū)域或第三子區(qū)域內(nèi)垂直于電流方向磁場(chǎng)分量分布圖，可以看出施加磁屏蔽層后其磁場(chǎng)強(qiáng)度得到顯著增強(qiáng)，此外，磁場(chǎng)在第一子區(qū)域和第二子區(qū)域內(nèi)具有反對(duì)稱分布特征，在靠近第一子區(qū)域、第二子區(qū)域或第三子區(qū)域的對(duì)稱中心12及邊緣的區(qū)域10和11內(nèi)磁場(chǎng)為非均勻分布，而在中間區(qū)域12內(nèi)則具有均勻分布特征。

圖7為磁屏蔽層對(duì)平行于平面的外磁場(chǎng)的衰減率計(jì)算模型，圖8為無(wú)磁屏蔽層情況下螺旋線圈在平衡橋式磁電阻傳感器位置所產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖，圖9為有磁屏蔽層情況下螺旋線圈在平衡橋式磁電阻傳感器位置所產(chǎn)生磁場(chǎng)分布圖，可以看出，其磁場(chǎng)衰減率為1/9，表明磁屏蔽層對(duì)外磁場(chǎng)具有良好屏蔽性。

圖10為組成平衡橋式磁電阻傳感器的全橋橋臂R1、R2、R3和R4，以及平衡臂R5和/或R6的磁隧道結(jié)電阻-磁場(chǎng)特征曲線，在第一螺旋線圈和第二螺旋線圈分別所產(chǎn)生第一信號(hào)磁場(chǎng)、第二信號(hào)磁場(chǎng)工作區(qū)域范圍內(nèi)，所述第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42內(nèi)的磁隧道結(jié)的電阻分別與第一信號(hào)磁場(chǎng)呈線性關(guān)系；第三子區(qū)域43內(nèi)的磁隧道結(jié)的電阻與第二信號(hào)磁場(chǎng)呈線性關(guān)系。

圖11-13為平衡橋式磁電阻傳感器全橋橋臂R1、R2、R3、R4以及平衡臂R5和/或R6的結(jié)構(gòu)圖，每個(gè)磁電阻橋臂包括M*N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)，每列所述磁隧道結(jié)串聯(lián)連接成磁隧道結(jié)單元串，且磁隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接成兩端口結(jié)構(gòu)，N表示陣列式結(jié)構(gòu)的列，M表示陣列式結(jié)構(gòu)的行，N，M分別為大于或等于1的正整數(shù)。磁隧道結(jié)單元串的串聯(lián)連接如圖11、并聯(lián)連接如圖12，或者為串并混合連接結(jié)構(gòu)如圖13。

假設(shè)第一螺旋線圈中流過電流I所產(chǎn)生第一信號(hào)頻率為f1，則其在第一螺旋線圈中所產(chǎn)生對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)H頻率同樣為f1，第二螺旋線圈中流過電流I1所產(chǎn)生的第二信號(hào)頻率為f2，則其在第二螺旋線圈中所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)H1頻率同樣為f2，由于第一子區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的磁電阻橋臂R1和R2與第二子區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)的磁電阻橋臂R3和R4具有反對(duì)稱磁場(chǎng)分布特征，且R1和R2磁場(chǎng)分布特征相同，R3和R4磁場(chǎng)分布特征相同，則只需要對(duì)其中一個(gè)磁電阻橋臂在磁場(chǎng)作用下的電阻變化進(jìn)行分析即可，同樣第三子區(qū)域R5和/或R6具有相同磁場(chǎng)分布特征，可以只對(duì)其中一個(gè)平衡臂進(jìn)行分析。

假設(shè)圖10所示磁隧道結(jié)電阻-磁場(chǎng)曲線斜率為dR/dh，假定磁電阻橋臂R1的M*N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)的每列包含M(M>0整數(shù))個(gè)串聯(lián)磁隧道結(jié)，假設(shè)第n(0<n≤N)列，第m(0<n≤M)個(gè)磁隧道結(jié)敏感軸向磁場(chǎng)為H_nm1sin(2πf₁t)，則其電阻變化幅度為dR/dh·H_nm1 sin(2πf₁t)，由于平衡橋式磁電阻傳感器的反對(duì)稱性，磁電阻橋臂R4中一定存在一個(gè)對(duì)應(yīng)單元，其反向磁場(chǎng)為-H_nm1 sin(2πf₁t)、對(duì)應(yīng)磁阻變化為-dR/dh·H_nm1 sin(2πf₁t)，因此平衡橋式磁電阻傳感器R1，R4構(gòu)成橋臂總電阻不變，同樣情況適用于R2、R3構(gòu)成橋臂。

因此，構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的磁隧道結(jié)單元串的電阻變化正比于電流I1的頻率f1，并且與磁隧道結(jié)單元串所處的敏感軸向磁場(chǎng)Hnm1分布有關(guān)。

另一方面，Hnm1正比于第一螺旋線圈中電流I1，即H_nm1＝K_nm1·I₁，Knm1是與第一螺旋線圈及磁屏蔽層的電磁性能及幾何尺寸有關(guān)的特征系數(shù)。

因此隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)、并聯(lián)以及串并混合結(jié)構(gòu)，僅僅表示為特征系數(shù)Knm1之間的運(yùn)算，對(duì)于N列隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)的情況：

$K_1={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^M{K}_{nm1},$

而對(duì)于N列隧道結(jié)單元串之間并聯(lián)的情況，特征因子表示為：

$K_1=\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^M{K}_{nm1}}},$

對(duì)于混合串并聯(lián)的情況，假設(shè)串聯(lián)有N1列，并聯(lián)有N-N1列，則K可以表示為：

$K_1={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^M{K}_{nm1}+\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^{N-N1}\frac{1}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{m=1}^M{K}_{nm1}}}$

由R1，R2，R3和R4四個(gè)全橋橋臂的總電阻變化為：

${\&dtri;}_{1}R=I_1\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{1}t\right)K_1$

同理，由R5和/或R6平衡臂構(gòu)成的磁電阻傳感器總電阻變化為：

${\&dtri;}_{2}R=I_2\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{2}t\right)K_2$

假設(shè)沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁電阻傳感器全橋每個(gè)橋臂總電阻為R₀，平衡橋臂總電阻為R01，磁電阻傳感器全橋兩端電壓為V1，則單臂中流過的電流為：

$\frac{V_1}{2R_0}.$

則橋式磁阻傳感器輸出電壓信號(hào)為：

${\&dtri;}_{3}V=2\frac{V1}{2R_0}{\&dtri;}_{1}R=\frac{V1}{R_0}{I}_1\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{1}t\right)K_1$

由于平衡磁電阻傳感器兩端總的電壓Vdd-GND保持不變，則，即平衡臂和全橋兩端電壓總和保持不變，因此，當(dāng)?shù)诙l率信號(hào)源在第二螺旋線圈中引起電壓變化為：

${\&dtri;}_{2}V=I{\&dtri;}_{2}R=I_2\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{2}t\right)K_2\frac{V_1}{R_0}$

則同樣在全橋兩端引起電壓變化為：

$-{\&dtri;}_{2}V=-I{\&dtri;}_{2}R=-I_2\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{2}t\right)K_2\frac{V_1}{R_0}$

而導(dǎo)致的橋式磁電阻傳感器輸出電壓信號(hào)為：

${{\&dtri;}_3}^{\&prime;}V=2\frac{V1-{\&dtri;}_{2}V}{2R_0}{\&dtri;}_{1}R$

${{\&dtri;}_3}^{\&prime;}V=\frac{V1}{R_0}{I}_1\frac{dR}{dh}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{1}t\right)K_1-I_1{I}_2{K}_1{K}_2\frac{V1}{R_0}{\left(\frac{dR}{dh}\right)}^{2}sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{2}t\right)sin\left(2{\mathrm{\&pi;f}}_{1}t\right)$

可以看出，輸出信號(hào)頻率為第一螺旋線圈電流I1頻率f1和第二螺旋線圈電流I2頻率f2的和或者差，并且還包含頻率f1。

圖14為第一螺旋線圈第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42內(nèi)四個(gè)磁電阻橋臂R1，R2，R3和R4分別對(duì)應(yīng)311，312，321，322的排布圖。R1和R2位于第一螺旋線圈40上表面或下表面具有反電流方向的第一子區(qū)域41內(nèi)，R3和R4位于第一螺旋線圈40上表面或下表面具有反電流方向的第二子區(qū)域42內(nèi)，并且第一子區(qū)域41和第二子區(qū)域42內(nèi)磁電阻傳感器具有反對(duì)稱幾何特征，磁電阻橋臂R1、R2、R3、R4的磁隧道結(jié)位于螺旋線圈通電段表面中心，且平行于第一螺旋線圈40的電流方向，R1和R2的隧道結(jié)單元為間隔排列形式，R3和R4的隧道結(jié)單元為間隔排列形式，且R1，R2，R3和R4中的磁隧道結(jié)的敏感軸垂直于第一螺旋線圈40的導(dǎo)電段，磁隧道結(jié)位于磁場(chǎng)均勻區(qū)。

同樣，圖15為第二螺旋線圈的第三子區(qū)域43內(nèi)的平衡橋臂331即R5和332即R6的分布圖，為了描述方便，只給出了包含兩個(gè)平衡臂的情況，實(shí)際還可以包括單個(gè)平衡臂的情況。同樣，R5和R6分別位于第二螺旋線圈上表面或下表面具有相同電流方向的第三子區(qū)域43內(nèi)，R5和R6的磁隧道結(jié)位于第二螺旋線圈44通電段表面中心，且平行于電流方向，R5和R6的隧道結(jié)為間隔排列形式，且磁隧道結(jié)的敏感軸垂直于螺旋線圈導(dǎo)電段。

圖16和圖18為第一螺旋線圈上表面或下表面上四個(gè)磁電阻橋臂的排布圖。R1和R2位于第一子區(qū)域41內(nèi)，R3和R4位于第二子區(qū)域42內(nèi)，在第一子區(qū)域41內(nèi)的橋臂R1的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)與橋臂R2的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)分布特征完全相同；在第二子區(qū)域42內(nèi)的橋臂R3的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)與橋臂R4的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)分布特征完全相同。且R1和R3的結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱特征，R2和R4結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱特征。所述第一子區(qū)域41內(nèi)的磁隧道結(jié)與第二子區(qū)域42內(nèi)的磁隧道結(jié)的敏感軸向磁場(chǎng)分布特征呈反向。所述磁電阻橋臂包含M*N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)，每列所述磁隧道結(jié)串聯(lián)連接成磁隧道結(jié)單元串，所述磁隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接成兩端口結(jié)構(gòu)，其中，N表示陣列式結(jié)構(gòu)的列，M表示陣列式結(jié)構(gòu)的行，N，M分別為大于或等于1的正整數(shù)。磁電阻橋臂中的磁隧道結(jié)平行于所對(duì)應(yīng)的第一螺旋線圈40或者垂直于第一螺旋線圈40，磁電阻橋臂R1、R2、R3和R4中的磁隧道結(jié)的敏感軸垂直于第一螺旋線圈40，此時(shí)，磁隧道結(jié)可以位于磁場(chǎng)均勻區(qū)，也可以位于磁場(chǎng)非均勻區(qū)，也可以部分位于磁場(chǎng)均勻區(qū)或部分位于磁場(chǎng)非均勻區(qū)。

同樣，圖17和圖19為第二螺旋線圈上表面或下表面上兩個(gè)磁電阻平衡橋臂的排布圖。所述磁電阻平衡臂R5和R6分別位于第三子區(qū)域43內(nèi)，R5和R6分別包括M*N個(gè)陣列式磁隧道結(jié)，每列所述磁隧道結(jié)串聯(lián)連接成磁隧道結(jié)單元串，所述磁隧道結(jié)單元串之間串聯(lián)、并聯(lián)或者串并聯(lián)混合連接成兩端口結(jié)構(gòu)，N表示陣列式結(jié)構(gòu)的列，M表示陣列式結(jié)構(gòu)的行，N，M分別為大于或等于1的正整數(shù)。橋臂R5的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)與橋臂R6的磁隧道結(jié)的軸向磁場(chǎng)分布特征完全相同，橋臂R5和R6的磁隧道結(jié)平行于所對(duì)應(yīng)的第二螺旋線圈44或者垂直于第二螺旋線圈44，橋臂R5和R6的磁隧道結(jié)的敏感軸垂直于第二螺旋線圈44，此時(shí)，磁隧道結(jié)可以位于磁場(chǎng)均勻區(qū)，也可以位于磁場(chǎng)非均勻區(qū)，也可以部分位于磁場(chǎng)均勻區(qū)或部分位于磁場(chǎng)非均勻區(qū)。

第一信號(hào)源f1通過有源或無(wú)源方式與第一螺旋線圈40相連，第二信號(hào)源f2通過無(wú)源或者有源方式與第二螺旋線圈44相連，混頻信號(hào)通過無(wú)源或者有源方式由平衡橋式磁電阻傳感器的信號(hào)輸出端輸出。

圖20為磁電阻混頻器的信號(hào)處理電路圖。其中，第一信號(hào)源f1直接以無(wú)源形式與第一螺旋線圈兩端相連，第二信號(hào)源f2直接以無(wú)源形式與第二螺旋線圈兩端相連，而混頻信號(hào)頻率通過信號(hào)輸出端口直接以無(wú)源形式輸出。

圖21為磁阻混頻器的另外一種信號(hào)處理電路圖，其中，第一信號(hào)源f1以有源方式通過V-I轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)與第一螺旋線圈兩端相連，第二信號(hào)源f2以有源方式通過V-I轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)與第二螺旋線圈兩端相連，混頻信號(hào)則以無(wú)源形式輸出。

圖22為磁阻混頻器的第三種信號(hào)處理電路圖，其中，第一信號(hào)源f1以有源方式通過V-I轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)與第一螺旋線圈兩端相連，第二信號(hào)源f2以有源方式通過V-I轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)與第二螺旋線圈兩端相連，混頻信號(hào)緩沖電壓放大器間接以有源方式輸出。

圖23為平衡磁阻混頻器的第四種信號(hào)處理電路圖，其中，第一信號(hào)源f1以無(wú)源方式與第一螺旋線圈兩端相連，第二信號(hào)源f2以無(wú)源方式與第二螺旋線圈兩端相連，混頻信號(hào)通過緩沖電壓放大器間接以有源方式輸出。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。