[发明专利]一种利用高分辨力磁场探测的低噪声MEMS前置放大器件

说明书

本发明公开了一种利用高分辨力磁场探测的低噪声MEMS前置放大器件，包括绝缘基底和磁力线聚集器，所述磁力线聚集器的底面上绕设有底层线圈，所述磁力线聚集器的顶面上绕设有顶层线圈，所述底层线圈和顶层线圈一起形成绕设于磁力线聚集器上的电流线圈，所述磁力线聚集器呈回形结构且由两个采用高导磁材料生长在绝缘基底上形成的高导磁部件呈轴对称布置构成，两个高导磁部件之间设有间隙，所述绝缘基底上位于所述间隙内设有磁场敏感元件，所述绝缘基底上位于磁场敏感元件的上方设有微压电桥调制组件。本发明能够实现亚纳伏级别的低噪声放大，具有磁场聚集放大效果好、抗外磁场干扰性能好、体积小、电‑磁信号转化效率高的优点。

技术领域

本发明涉及微弱信号检测技术领域，具体涉及一种利用高分辨力磁场探测的低噪声MEMS前置放大器件，用于微弱电信号极低频低噪声的前置放大。

背景技术

低噪声前置放大器通常作为第一级放大电路，目前已经被广泛地应用于各类无线电接收机和高灵敏电子探测设备中，其噪声水平很大程度上决定了整个放大电路乃至整个仪器设备的噪声相关性能。传统的低噪声放大器一般由于受到硅基半导体内在物理机制的限制，存在明显的1/f噪声特性，频率越低，噪声越大，导致用于极低频(<1Hz)信号的低噪声放大器其噪声水平很难达到亚nV量级。在很多需要检测极低频微弱信号的情况下，难以达到要求。例如：海洋电场检测可应用于海洋地质勘探、水下目标探测、腐蚀检测等方面，但是由于海水导电，海洋电场频域越高，衰减越快，一般海洋电场检测的是极低频微弱信号，传统放大器难以满足海洋电场检测的需要。

目前，在科研实验领域广为使用的是美国Stanford Research公司的SR560型低噪声前置电压放大器，该低噪声前置电压放大器存在明显的1/f噪声特性，其拐点频率在100Hz左右，典型低频本底噪声为4nV/√Hz@100Hz、10nV/√Hz@10Hz、40nV/√Hz@1Hz。此外，TI公司优秀的低噪声放大芯片opa211高频处噪声密度为1.1nV/√Hz，其拐点频率在100Hz左右，在1Hz处的噪声密度为6nV/√Hz。为了减小低频1/f噪声，国内外研究人员普遍采用斩波调制的方法。国内邱贺等人设计并研制了斩波前置放大器并进行了测试，在频带范围0.001Hz～10kHz，等效输入噪声密度为3.75nV/√Hz。德国D.Drung等人设计并研制了一款斩波低噪声放大器，等效输入噪声密度达到0.73nV/√Hz，1/f噪声的拐点频率为3mHz。为了实现低频低噪声放大，国内外的专利也主要是通过斩波调制实现，尚未见其它基于新原理的极低频低噪声放大器的研究。但是，斩波放大器由于时钟溃通、电荷注入等非理性特性，输出会存在一定的残余失调，从而影响了它的性能。可见，传统低噪声放大器的噪声达到1nV/√Hz左右难以继续降低，且在极低频处的噪声可能更大，难以满足某些极低频微弱信号测量的需求。亟待开展基于新原理的极低频低噪声前置放大器研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现亚纳伏级别的低噪声放大，磁场聚集放大效果好、抗外磁场干扰性能好、体积小、电-磁信号转化效率高的利用高分辨力磁场探测的低噪声MEMS前置放大器件。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用高分辨力磁场探测的低噪声MEMS前置放大器件，包括绝缘基底和磁力线聚集器，所述磁力线聚集器的底面上绕设有底层线圈，所述磁力线聚集器的顶面上绕设有顶层线圈，所述磁力线聚集器呈回形结构且由两个采用高导磁材料生长在绝缘基底上形成的高导磁部件呈轴对称布置构成，两个高导磁部件之间设有间隙，所述绝缘基底上位于所述间隙内设有磁场敏感元件，所述绝缘基底上位于磁场敏感元件的上方设有微压电桥调制组件。