CN106160670B - 一种平衡磁电阻混频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种平衡磁电阻混频器，包括第一螺旋线圈、第二螺旋线圈、平衡桥式磁电阻传感器和磁屏蔽层，第一螺旋线圈和第二螺旋线圈分别位于磁屏蔽层和平衡桥式磁电阻传感器之间，平衡桥式磁电阻传感器包括由四个磁电阻桥臂构成的磁电阻全桥及与磁电阻全桥电源端相连磁电阻平衡臂，四个磁电阻桥臂两两位于第一螺旋线圈上方或下方具有相反电流方向的第一子区域和第二子区域内，而磁电阻平衡臂则位于第二螺旋线圈上方或下方具有相同电流方向的第三子区域内，第一频率信号源通过第一螺旋线圈输入，第二频率信号源通过第二螺旋线圈输入，混频信号通过磁电阻全桥信号输出端输出，该混频器具有输入信号与电源相互隔离，线性好，结构简单特点。
Description
技术领域
本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种平衡磁电阻混频器。
背景技术
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，从而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，之间会产生相互影响。
为了解决以上存在的问题，中国专利201310313538.3提出了一种磁阻混频器，利用磁电阻传感器随外磁场变化具有良好线性关系的特点，将其中一种频率信号转变成磁场信号，通过电流流过线圈来产生，另外一种频率信号转变成电源信号作用于磁电阻传感器，则磁阻传感器输出信号即为两种频率的乘法运算信号，所得频率为其之和或差，而没有其他多余的信号，从而不需要滤波器等其他元件；由于线圈和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的有效隔离。
但是，上述磁阻混频器存在如下问题，第一频率信号和第二频率信号除了作为混频器的信号源之外，还作为磁电阻传感器的电源信号，通常情况下，电源信号幅度大于信号源幅度，从而影响了混频器对第二频率信号的选择。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种平衡磁电阻混频器，其第一频率信号源和第二频率信号源一样都是通过螺旋线圈作用于磁电阻臂来实现混频，同时电压源具有单独稳定的特征，避免了同时作为电源和信号源所引入的难题。
本发明是根据以下技术方案实现的：
本发明的一种平衡磁电阻混频器，其包括螺旋线圈、平衡桥式磁电阻传感器及磁屏蔽层，所述螺旋线圈位于所述磁屏蔽层和所述平衡桥式磁电阻传感器之间，所述螺旋线圈包括第一螺旋线圈和第二螺旋线圈，所述第一螺旋线圈的上表面或下表面具有第一子区域和第二子区域，所述第一子区域与第二子区域内的电流方向相反，所述第二螺旋线圈的上表面或下表面具有第三子区域，所述第三子区域内的电流为同一方向，所述平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域内，所述磁电阻平衡臂位于所述第三子区域内，所述第一螺旋线圈输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出混频信号，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。
进一步的，所述磁电阻平衡臂为一个，这一个磁电阻平衡臂与磁电阻全桥电源输出端或输入端连接；或者，
所述磁电阻平衡臂为两个，这两个磁电阻平衡臂分别与磁电阻全桥电源输出端和输入端连接。
进一步的，所述磁电阻桥臂和所述磁电阻平衡臂分别包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N和M分别为大于或等于1的正整数。
进一步的，所述磁电阻桥臂中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第一螺旋线圈的电流方向，所述磁电阻平衡臂中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第二螺旋线圈的电流方向，所述第一子区域内的磁隧道结与第二子区域内的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征呈反向。
进一步的，所述第一子区域内的磁隧道结与所述第二子区域内的磁隧道结的连接结构相同，且对称设置。
进一步的，所述第一子区域和第二子区域内的磁隧道结的电阻分别与所述第一螺旋线圈产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系；
所述第三子区域内的磁隧道结的电阻与所述第二螺旋线圈产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系。
进一步的，所述第一子区域和第二子区域内的磁隧道结垂直或平行于所述第一螺旋线圈的电流方向，第三子区域内的磁隧道结垂直或平行于所述第二螺旋线圈的电流方向。
进一步的，所述第一频率信号源通过有源或无源方式与所述第一螺旋线圈相连，所述第二频率信号源通过无源或有源方式与所述第二螺旋线圈相连，所述混频信号通过无源或有源方式与所述平衡桥式磁阻传感器的信号输出端相连。
进一步的，所述螺旋线圈为高导电率金属材料线圈，所述高导电率金属包括铜、金、银、铝和钽中的一种或多种，所述磁屏蔽层为高磁导率铁磁合金层，所述高磁导率铁磁合金包括NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB和FeSiBNbCu中的一种或多种。
进一步的，所述螺旋线圈厚度为1-20μm，所述螺旋线圈的宽度为5-40μm，相邻的两螺旋线圈之间的间距为10-100μm，所述磁屏蔽层厚度为1-20μm。
本发明的平衡磁电阻混频器，其第一频率信号源仍旧通过第一线圈作用于磁电阻电桥的四个磁电阻桥臂，第二频率信号源则通过第二线圈作用于与磁电阻电桥串联的磁电阻平衡臂，而四个磁电阻桥臂和磁电阻平衡臂构成的平衡桥式磁电阻传感器的两端直接连接电源和地，在混频器工作时，电源和地之间电压保持不变，而四个磁电阻桥臂构成的磁电阻全桥的两端的电压通过磁电阻平衡臂进行调节，同样实现了对第一频率信号源和第二频率信号源频率的混合，这样的优势在于，第一频率信号源和第二频率信号源一样都是通过螺旋线圈作用于磁电阻臂(磁电阻桥臂和磁电阻平衡臂)来实现混频，同时电压源具有单独稳定的特征，避免了同时作为电源和信号源所引入的难题。
附图说明
图1是本发明平衡磁电阻混频器截面图；
图2是本发明平衡磁电阻混频器顶视图；
图3是本发明平衡磁电阻混频器的一个结构示意图；
图4是本发明平衡磁电阻混频器的另一个结构示意图；
图5是本发明平衡磁电阻混频器上螺旋线圈在磁电阻上磁场分布图；
图6是本发明有无磁屏蔽层时螺旋线圈磁场分布图；
图7是本发明磁屏蔽层对外磁场衰减因子计算图；
图8是本发明无磁屏蔽层时外磁场分布图；
图9是本发明有磁屏蔽层时外磁场分布图；
图10是本发明磁电阻传感器磁电阻-外磁场特征图；
图11是发明磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结串联连接图；
图12是本发明磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结并联连接图；
图13是本发明磁电阻全桥桥臂或平衡臂磁隧道结串并联连接图；
图14是本发明第一螺旋线圈及磁电阻桥臂隧道结的一个分布示意图；
图15是本发明第二螺旋线圈及磁电阻平衡臂隧道结的一个分布示意图；
图16是本发明第一螺旋线圈及磁电阻桥臂隧道结的另一个分布示意图；
图17是本发明第二螺旋线圈及磁电阻平衡臂隧道结的另一个分布示意图；
图18是本发明第一螺旋线圈及磁电阻桥臂隧道结的再一个分布示意图；
图19是本发明第二螺旋线圈及磁电阻平衡臂隧道结的再一个分布示意图；
图20是本发明平衡磁电阻混频器工作模式图一；
图21是本发明平衡磁电阻混频器工作模式图二；
图22是本发明平衡磁电阻混频器工作模式图三；
图23是本发明平衡磁电阻混频器工作模式图四。
其中，1-衬底，2-磁屏蔽层，3-平衡桥式磁电阻传感器，4-螺旋线圈，40-第一螺旋线圈，44-第二螺旋线圈，41-第一子区域，42-第二子区域，43-第三子区域，31,32-磁电阻桥臂，33-磁电阻平衡臂。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
图1为本发明所提出的平衡磁电阻混频器截面结构图，所述混频器包括螺旋线圈4、平衡桥式磁电阻传感器3及磁屏蔽层2，所述螺旋线圈4位于所述磁屏蔽层2和所述平衡桥式磁电阻传感器3之间。其中，位于衬底1之上的螺旋线圈4包括第一螺旋线圈40和第二螺旋线圈44，其中，第一螺旋线圈40包括具有相反电流的第一子区域41和第二子区域42，第二螺旋线圈44包括第三子区域43，且第三子区域43具有相同的电流方向。所述平衡桥式磁电阻传感器3包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域41内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域42内，所述磁电阻平衡臂位于所述第三子区域43内，所述第一螺旋线圈40输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈44输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。
图2为平衡磁电阻混频器顶视图，其中，2为磁屏蔽层，40和44分别为第一螺旋线圈和第二螺旋线圈，41和42分别为第一螺旋线圈40中具有相互平行排列导线的第一个子区域41和第二子区域42，第一子区域41和第二子区域42电流方向相反，这样第一螺旋线圈40在第一子区域41和第二子区域42产生的磁场分布特征呈反向，并且保证磁电阻桥臂31和磁电阻桥臂32在相同的螺旋线圈电流的情况下感受的磁场相同，这样磁电阻桥臂31和磁电阻桥臂32的磁电阻值大小相等，方向相反。同理，第二螺旋线圈44中也包含一段具有相互平行排列导线的第三子区域43，单个或者两个磁电阻平衡臂33位于第三子区域43中，并且第三子区域43中电流方向为同一方向。
图3和图4分别为平衡桥式混频器的两种结构图，平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂，磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂R1、R2、R3和R4构成，所述磁电阻平衡臂为一个R5，这一个磁电阻平衡臂R5位于磁电阻全桥电源输入端或者电流输入端，并与磁电阻全桥串联，或者所述磁电阻平衡臂为两个R5和R6，R5和R6分别与磁电阻全桥电源输出端和输入端串联，其中C1、C2、C3和C4构成第一螺旋线圈，C5和C6构成第二螺旋线圈，R1和R2位于第一子区域，R3和R4位于第二子区域，R5和R6位于第三子区域，第一频率信号源两端电压信号频率为f1，第二频率信号源的信号频率为f2，平衡桥式磁电阻传感器两端电压源恒定，分别为Vcc和GND，而其信号输出端差分输出第三信号频率为f。
图5为第一螺旋线圈或第二螺旋线圈和磁屏蔽层所产生磁场在空间分布曲线图，图6比较了有磁屏蔽层和无屏蔽层条件下，第一螺旋线圈或第二螺旋线圈上表面或者下表面桥式磁电阻传感器的第一子区域、第二子区域或第三子区域内垂直于电流方向磁场分量分布图，可以看出施加磁屏蔽层后其磁场强度得到显著增强，此外，磁场在第一子区域和第二子区域内具有反对称分布特征，在靠近第一子区域、第二子区域或第三子区域的对称中心12及边缘的区域10和11内磁场为非均匀分布，而在中间区域12内则具有均匀分布特征。
图7为磁屏蔽层对平行于平面的外磁场的衰减率计算模型，图8为无磁屏蔽层情况下螺旋线圈在平衡桥式磁电阻传感器位置所产生磁场的分布图，图9为有磁屏蔽层情况下螺旋线圈在平衡桥式磁电阻传感器位置所产生磁场分布图，可以看出，其磁场衰减率为1/9，表明磁屏蔽层对外磁场具有良好屏蔽性。
图10为组成平衡桥式磁电阻传感器的全桥桥臂R1、R2、R3和R4，以及平衡臂R5和/或R6的磁隧道结电阻-磁场特征曲线，在第一螺旋线圈和第二螺旋线圈分别所产生第一信号磁场、第二信号磁场工作区域范围内，所述第一子区域41和第二子区域42内的磁隧道结的电阻分别与第一信号磁场呈线性关系；第三子区域43内的磁隧道结的电阻与第二信号磁场呈线性关系。
图11-13为平衡桥式磁电阻传感器全桥桥臂R1、R2、R3、R4以及平衡臂R5和/或R6的结构图，每个磁电阻桥臂包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，且磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N，M分别为大于或等于1的正整数。磁隧道结单元串的串联连接如图11、并联连接如图12，或者为串并混合连接结构如图13。
假设第一螺旋线圈中流过电流I所产生第一信号频率为f1，则其在第一螺旋线圈中所产生对应磁场信号H频率同样为f1，第二螺旋线圈中流过电流I1所产生的第二信号频率为f2，则其在第二螺旋线圈中所产生的对应磁场信号H1频率同样为f2，由于第一子区域内对应的磁电阻桥臂R1和R2与第二子区域内对应的磁电阻桥臂R3和R4具有反对称磁场分布特征，且R1和R2磁场分布特征相同，R3和R4磁场分布特征相同，则只需要对其中一个磁电阻桥臂在磁场作用下的电阻变化进行分析即可，同样第三子区域R5和/或R6具有相同磁场分布特征，可以只对其中一个平衡臂进行分析。
假设图10所示磁隧道结电阻-磁场曲线斜率为dR/dh，假定磁电阻桥臂R1的M*N个阵列式磁隧道结的每列包含M(M>0整数)个串联磁隧道结，假设第n(0<n≤N)列，第m(0<n≤M)个磁隧道结敏感轴向磁场为Hnm1sin(2πf1t)，则其电阻变化幅度为dR/dh·Hnm1 sin(2πf1t)，由于平衡桥式磁电阻传感器的反对称性，磁电阻桥臂R4中一定存在一个对应单元，其反向磁场为-Hnm1 sin(2πf1t)、对应磁阻变化为-dR/dh·Hnm1 sin(2πf1t)，因此平衡桥式磁电阻传感器R1，R4构成桥臂总电阻不变，同样情况适用于R2、R3构成桥臂。
因此，构成串联或并联的磁隧道结单元串的电阻变化正比于电流I1的频率f1，并且与磁隧道结单元串所处的敏感轴向磁场Hnm1分布有关。
另一方面，Hnm1正比于第一螺旋线圈中电流I1，即Hnm1＝Knm1·I1，Knm1是与第一螺旋线圈及磁屏蔽层的电磁性能及几何尺寸有关的特征系数。
因此隧道结单元串之间串联、并联以及串并混合结构，仅仅表示为特征系数Knm1之间的运算，对于N列隧道结单元串之间串联的情况：
而对于N列隧道结单元串之间并联的情况，特征因子表示为：
对于混合串并联的情况，假设串联有N1列，并联有N-N1列，则K可以表示为：
由R1，R2，R3和R4四个全桥桥臂的总电阻变化为：
同理，由R5和/或R6平衡臂构成的磁电阻传感器总电阻变化为：
假设没有外磁场作用时，磁电阻传感器全桥每个桥臂总电阻为R0，平衡桥臂总电阻为R01，磁电阻传感器全桥两端电压为V1，则单臂中流过的电流为：
则桥式磁阻传感器输出电压信号为：
由于平衡磁电阻传感器两端总的电压Vdd-GND保持不变，则，即平衡臂和全桥两端电压总和保持不变，因此，当第二频率信号源在第二螺旋线圈中引起电压变化为：
则同样在全桥两端引起电压变化为：
而导致的桥式磁电阻传感器输出电压信号为：
可以看出，输出信号频率为第一螺旋线圈电流I1频率f1和第二螺旋线圈电流I2频率f2的和或者差，并且还包含频率f1。
图14为第一螺旋线圈第一子区域41和第二子区域42内四个磁电阻桥臂R1，R2，R3和R4分别对应311，312，321，322的排布图。R1和R2位于第一螺旋线圈40上表面或下表面具有反电流方向的第一子区域41内，R3和R4位于第一螺旋线圈40上表面或下表面具有反电流方向的第二子区域42内，并且第一子区域41和第二子区域42内磁电阻传感器具有反对称几何特征，磁电阻桥臂R1、R2、R3、R4的磁隧道结位于螺旋线圈通电段表面中心，且平行于第一螺旋线圈40的电流方向，R1和R2的隧道结单元为间隔排列形式，R3和R4的隧道结单元为间隔排列形式，且R1，R2，R3和R4中的磁隧道结的敏感轴垂直于第一螺旋线圈40的导电段，磁隧道结位于磁场均匀区。
同样，图15为第二螺旋线圈的第三子区域43内的平衡桥臂331即R5和332即R6的分布图，为了描述方便，只给出了包含两个平衡臂的情况，实际还可以包括单个平衡臂的情况。同样，R5和R6分别位于第二螺旋线圈上表面或下表面具有相同电流方向的第三子区域43内，R5和R6的磁隧道结位于第二螺旋线圈44通电段表面中心，且平行于电流方向，R5和R6的隧道结为间隔排列形式，且磁隧道结的敏感轴垂直于螺旋线圈导电段。
图16和图18为第一螺旋线圈上表面或下表面上四个磁电阻桥臂的排布图。R1和R2位于第一子区域41内，R3和R4位于第二子区域42内，在第一子区域41内的桥臂R1的磁隧道结的轴向磁场与桥臂R2的磁隧道结的轴向磁场分布特征完全相同；在第二子区域42内的桥臂R3的磁隧道结的轴向磁场与桥臂R4的磁隧道结的轴向磁场分布特征完全相同。且R1和R3的结构具有对称特征，R2和R4结构具有对称特征。所述第一子区域41内的磁隧道结与第二子区域42内的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征呈反向。所述磁电阻桥臂包含M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，其中，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N，M分别为大于或等于1的正整数。磁电阻桥臂中的磁隧道结平行于所对应的第一螺旋线圈40或者垂直于第一螺旋线圈40，磁电阻桥臂R1、R2、R3和R4中的磁隧道结的敏感轴垂直于第一螺旋线圈40，此时，磁隧道结可以位于磁场均匀区，也可以位于磁场非均匀区，也可以部分位于磁场均匀区或部分位于磁场非均匀区。
同样，图17和图19为第二螺旋线圈上表面或下表面上两个磁电阻平衡桥臂的排布图。所述磁电阻平衡臂R5和R6分别位于第三子区域43内，R5和R6分别包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N，M分别为大于或等于1的正整数。桥臂R5的磁隧道结的轴向磁场与桥臂R6的磁隧道结的轴向磁场分布特征完全相同，桥臂R5和R6的磁隧道结平行于所对应的第二螺旋线圈44或者垂直于第二螺旋线圈44，桥臂R5和R6的磁隧道结的敏感轴垂直于第二螺旋线圈44，此时，磁隧道结可以位于磁场均匀区，也可以位于磁场非均匀区，也可以部分位于磁场均匀区或部分位于磁场非均匀区。
第一信号源f1通过有源或无源方式与第一螺旋线圈40相连，第二信号源f2通过无源或者有源方式与第二螺旋线圈44相连，混频信号通过无源或者有源方式由平衡桥式磁电阻传感器的信号输出端输出。
图20为磁电阻混频器的信号处理电路图。其中，第一信号源f1直接以无源形式与第一螺旋线圈两端相连，第二信号源f2直接以无源形式与第二螺旋线圈两端相连，而混频信号频率通过信号输出端口直接以无源形式输出。
图21为磁阻混频器的另外一种信号处理电路图，其中，第一信号源f1以有源方式通过V-I转换器将电压信号转变成电流信号与第一螺旋线圈两端相连，第二信号源f2以有源方式通过V-I转换器将电压信号转变成电流信号与第二螺旋线圈两端相连，混频信号则以无源形式输出。
图22为磁阻混频器的第三种信号处理电路图，其中，第一信号源f1以有源方式通过V-I转换器将电压信号转变成电流信号与第一螺旋线圈两端相连，第二信号源f2以有源方式通过V-I转换器将电压信号转变成电流信号与第二螺旋线圈两端相连，混频信号缓冲电压放大器间接以有源方式输出。
图23为平衡磁阻混频器的第四种信号处理电路图，其中，第一信号源f1以无源方式与第一螺旋线圈两端相连，第二信号源f2以无源方式与第二螺旋线圈两端相连，混频信号通过缓冲电压放大器间接以有源方式输出。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：包括螺旋线圈(4)、平衡桥式磁电阻传感器(3)及磁屏蔽层(2)，所述螺旋线圈(4)位于所述磁屏蔽层(2)和所述平衡桥式磁电阻传感器(3)之间，所述螺旋线圈(4)包括第一螺旋线圈(40)和第二螺旋线圈(44)，所述第一螺旋线圈(40)的上表面或下表面具有第一子区域(41)和第二子区域(42)，所述第一子区域(41)与第二子区域(42)内的电流方向相反，所述第二螺旋线圈(44)的上表面或下表面具有第三子区域(43)，所述第三子区域(43)内的电流为同一方向，所述平衡桥式磁电阻传感器包括磁电阻全桥和磁电阻平衡臂(33)，所述磁电阻平衡臂与所述磁电阻全桥连接，所述磁电阻全桥由四个磁电阻桥臂(31,32)构成，其中两个磁电阻桥臂位于所述第一子区域(41)内，另两个磁电阻桥臂位于所述第二子区域(42)内，所述磁电阻平衡臂(33)位于所述第三子区域(43)内，所述第一螺旋线圈(40)输入第一频率信号源，所述第二螺旋线圈(44)输入第二频率信号源，所述磁电阻全桥的信号输出端输出混频信号，所述混频信号的输出频率为第一频率信号源和第二频率信号源的频率之和或者之差。
2.根据权利要求1所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：
所述磁电阻平衡臂(33)为一个，这一个磁电阻平衡臂与磁电阻全桥电源输出端或输入端连接；或者，
所述磁电阻平衡臂(33)为两个，这两个磁电阻平衡臂分别与磁电阻全桥电源输出端和输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：
所述磁电阻桥臂(31,32)和所述磁电阻平衡臂(33)分别包括M*N个阵列式磁隧道结，每列所述磁隧道结串联连接成磁隧道结单元串，所述磁隧道结单元串之间串联、并联或者串并联混合连接成两端口结构，N表示阵列式结构的列，M表示阵列式结构的行，N和M分别为大于或等于1的正整数。
4.根据权利要求3所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述磁电阻桥臂(31,32)中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第一螺旋线圈(40)的电流方向，所述磁电阻平衡臂(33)中的磁隧道结的敏感轴均垂直于第二螺旋线圈(44)的电流方向，所述第一子区域(41)内的磁隧道结与第二子区域(42)内的磁隧道结的敏感轴向磁场分布特征呈反向。
5.根据权利要求3或4所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述第一子区域(41)内的磁隧道结与所述第二子区域(42)内的磁隧道结的连接结构相同，且对称设置。
6.根据权利要求3或4所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：
所述第一子区域(41)和第二子区域(42)内的磁隧道结的电阻分别与所述第一螺旋线圈(40)产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系；
所述第三子区域(43)内的磁隧道结的电阻与所述第二螺旋线圈(44)产生的磁隧道结敏感轴向磁场呈线性关系。
7.根据权利要求3或4所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述第一子区域(41)和第二子区域(42)内的磁隧道结垂直或平行于所述第一螺旋线圈(40)的电流方向，所述第三子区域(43)内的磁隧道结垂直或平行于所述第二螺旋线圈(44)的电流方向。
8.根据权利要求1所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述第一频率信号源通过有源或无源方式与所述第一螺旋线圈(40)相连，所述第二频率信号源通过无源或有源方式与所述第二螺旋线圈(44)相连，所述混频信号通过无源或有源方式与所述平衡桥式磁电阻传感器的信号输出端相连。
9.根据权利要求1所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述螺旋线圈(4)为高导电率金属材料线圈，所述高导电率金属包括铜、金、银、铝和钽中的一种或多种，所述磁屏蔽层(2)为高磁导率铁磁合金层，所述高磁导率铁磁合金包括NiFe、CoFeSiB、CoZrNb、CoFeB、FeSiB和FeSiBNbCu中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种平衡磁电阻混频器，其特征在于：所述螺旋线圈(4)厚度为1-20μm，所述螺旋线圈(4)的宽度为5-40μm，相邻的两螺旋线圈之间的间距为10-100μm，所述磁屏蔽层(2)厚度为1-20μm。
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