MEMS磁通門(mén)傳感器電路與FPGA信號(hào)處理設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們的生活中已經(jīng)離不開(kāi)各種電子設(shè)備，其中傳感器是必不可少的組件。磁場(chǎng)在空間中無(wú)處不在，利用磁傳感器可以實(shí)現(xiàn)航空航天、航?；蚴擒?chē)載的導(dǎo)航，可以使用在工程材料的探傷，也可使用與醫(yī)療或是其他的科研方面。目前測(cè)量磁場(chǎng)的傳感器主要有SQUID、霍爾傳感器、GMR、核磁共振磁強(qiáng)計(jì)、磁通門(mén)傳感器等，其中磁通門(mén)傳感器作為pT級(jí)的室溫高精度矢量磁傳感器，已經(jīng)在性能和體積方面有了巨大提升，在國(guó)防、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，磁

2、通門(mén)傳感器的小型化，尤其是利用MEMS技術(shù)的微型化集成磁通門(mén)傳感器是磁通門(mén)傳感器的主要研究方向。它的出現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)工藝制作的傳感器笨重，使用困難，不方便攜帶等諸多缺點(diǎn)，并且能夠與CMOS電路相集成。
　　由于MEMS磁通門(mén)傳感器由于工藝問(wèn)題，感應(yīng)線圈的多層緊密纏繞很難實(shí)現(xiàn)，但是相比于傳統(tǒng)磁通門(mén)傳感器，MEMS磁通門(mén)傳感器的磁芯可以做的更薄，使用磁導(dǎo)率較高的非晶納米晶軟磁薄膜磁芯可以將激勵(lì)頻率做到數(shù)百千赫茲或上兆赫茲，可以有效的提

3、高微型化磁通門(mén)傳感器的性能。所以本文基于這個(gè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的高頻率、微小信號(hào)測(cè)量的磁通門(mén)工作電路。
　　本文首先列舉了磁場(chǎng)的檢測(cè)方法，對(duì)磁通門(mén)傳感器的歷史，工作原理和檢測(cè)微弱信號(hào)的方法做了論述，其后論述電路的設(shè)計(jì)思路，在信號(hào)激勵(lì)方面，選用合適的芯片，制作了信號(hào)發(fā)生器，緩沖器，功率放大電路，并對(duì)前端激勵(lì)末尾部分的隔直流模塊的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。在感應(yīng)信號(hào)處理方面，論述了信號(hào)放大器，AD轉(zhuǎn)換電路的實(shí)現(xiàn)，并針對(duì)基于F

4、PGA的正交矢量鎖相放大電路的設(shè)計(jì)思路和每步設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行說(shuō)明。在上述設(shè)計(jì)中利用Multisim，Quartus II，Modelsim軟件對(duì)波形和信號(hào)處理進(jìn)行了仿真，并測(cè)試了部分電路使用過(guò)程中的實(shí)際波形。最后，本文基于這套電路和所制作的磁屏蔽裝置和磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，對(duì)一種MEMS磁通門(mén)傳感器的測(cè)量范圍，靈敏度，線性度和精度進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)整體測(cè)量性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的可行性。
　　本文設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)與其他測(cè)量系統(tǒng)相比：