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更新(月/日/年):2023 年 2 月 21 日

开发能够进行高灵敏度、宽带测量的低功耗磁传感器

– 磁阻抗元件的最佳传感电路大大提高了电源效率 –

 
研究人员) AKITA Ippei,器件技术研究所先进集成电路研究组高级研究员

积分

  • 使用低功耗测量用集成电路和磁阻抗元件的磁传感器的开发
  • 传感器能效提升1000倍,噪音降低至1/100
  • 有望为生物磁测量和工业应用测量等应用提供紧凑、高灵敏度和低功耗传感

新研究成果图

已开发的磁传感器的性能比较


背景

低噪声、宽带磁传感器被广泛应用于生物磁学(包括脑磁图和肌磁图)、自动驾驶、无损检测和电流传感等领域。然而,为了避免由于环境磁场波动而导致信号饱和,还需要高动态范围和低功耗操作。由于植入空间的限制,其他应用也需要更小、更轻的磁传感器。

使用集成磁通门类型的芯片尺寸磁传感器已被开发为紧凑型宽带磁传感器,但这些传感器具有纳特斯拉 (nT) 级别的高磁噪声。另一方面,接近皮特斯拉(pT)级的低噪声磁传感器往往具有较大的尺寸和驱动电流,这不利于紧凑安装。因此,对于生物磁测量等应用来说,同时实现低噪声、低功耗和小型化是一个挑战。

 

摘要

与爱知制钢公司合作,AIST 的研究人员基于爱知制钢公司开发的磁阻抗元件(以下简称“MI 元件”),开发了一种用于低噪声、宽带磁传感器的专用集成电路(以下简称“ASIC”)

该ASIC具有能够低功耗操作的新信号处理电路,并适当放大响应从MI元件获得的外部磁场而变化的电压信号。此外,通过数字自动校正电路实现了低噪声和宽带特性,最大限度地提高了 MI 元件的检测灵敏度。此外,与传统磁通门型磁传感器相比,归一化能量(通过功耗和磁场检测性能计算的指标)提高了 1000 倍,并且与集成磁通门型磁传感器相比,噪声降低至 1/100。使用所开发的磁传感器有望实现具有高灵敏度和低功耗的紧凑传感系统,适用于生物磁测量和工业应用测量等应用。





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