CN111964672B - 一种基于三轴tmr传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导航设备电路技术领域，尤其是一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，包括电源模块、信号处理模块、信息采集模块,电源模块包括+2.5V输出电源电路、+3.3V输出电压电源电路、+5V缓冲电压电源电路；信息采集模块包括三轴隧穿磁阻磁传感器电路和惯性传感器测量电路；信号处理模块包括X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路、Z轴信号处理电路、AD转换电路；本发明能够使一定体积的水下潜航器可以在水下持续工作更长时间，以及解决由于测量磁场频率较低而导致的信号在高频处噪声滤除不彻底的问题。

Description

一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测 量电路

技术领域

本发明涉及导航设备电路技术领域，尤其涉及一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路。

背景技术

导航定位技术在现代科学技术发展中处于基础地位,渗透于各种军用和民用领域,并显示出越来越重要的作用；随着导航需求的不断提升，单个导航系统以已经无法满足现如今的导航需求，所以组合导航系统越来越凸显其技术上的优势，常见的组合导航系统包括惯性/GPS/地磁等导航方式。

由于GPS信号在水中传播衰减很快，所以无人潜航器在水下运行时，惯性/GPS组合导航系统会经常性的对载体目标的失锁；地磁导航相比于GPS导航，信号受到的干扰小，也不会外辐能量，具有无源性；所以水下无人潜航器的导航系统应用惯性/地磁组合导航是目前热门的一个课题。

TMR(Tunnel MagnetoResistance)元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器，其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应；通常也用磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)来代指TMR元件；MTJ包括自由层、隧穿层、被钉扎层，类似于三明治的结构；自由层的极化方向受外加磁场的大小和方向影响；隧穿层为一层薄的非铁磁性绝缘层；被钉扎层极化方向由被钉扎层和反铁磁层之间的耦合作用固定；通过改变外加磁场的大小方向，可以改变自由层与被钉扎层极化方向之间的夹角，隧穿电阻的阻值发生变化，对应的电阻称之为隧道磁电阻；电阻值发生变化，即 TMR效应；三轴TMR传感器设计为惠斯通电桥结构可以减小TMR传感器的零点漂移、抑制共模信号、降低电路噪。

MEMS加速度计的工作原理是当加速度计连同外界物体一起作变速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动；质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制，通过输出电压可以测得外界的加速度大小。

当一个旋转物体的旋转轴所指的方向不受外力时，旋转轴不会改变；根据此原理，MEMS单轴陀螺仪内部固定施加电压，并且交替改变，使得一个质量块震荡运动，当质量块旋转式，会产生科里奥利加速度，此时进行测量，可以得到单轴两个方向的角度，三轴MEMS陀螺仪可以测得三轴六个方位的位置。

TMR2309是新一代高性能隧道磁电阻传感器，其采用三个独特的推挽式惠斯通全桥结构设计；每一轴惠斯通全桥提供差分电压输出，并且该输出具有良好的温度稳定性、高灵敏度、宽动态范围、较宽的工作电压范围、低功耗等优点。

MPU60X0是首个九轴运动处理传感器，该系统集成了三轴MEMS加速度计、 MEMS陀螺仪以及一个可扩展的数字运动处理器，可以用于I2C接口连接其他数字传感器。

水下惯性/地磁组合导航通过三轴加速度计获取载体加速度信息、通过三轴陀螺仪获得载体姿态信息、通过隧穿磁阻传感器获得磁场强度信息，再通过数据融合处理算法，可以解算出载体所在位置、速度等导航参数。

目前基于TMR传感器的惯性/地磁组合导航探测电路设计较少，研究的方向较广，可以在简化电路、降低功耗、压缩空间尺寸以及减少设计成本等方面做研究；为了使一定体积的水下潜航器可以在水下持续工作更长时间，以及解决由于测量磁场频率较低而导致的信号在高频处噪声滤除不彻底的问题；所以本发提出一种低功耗低噪声三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统的检测电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，包括电源模块、信号处理模块、信息采集模块,所述电源模块包括+2.5V输出电源电路、+3.3V输出电压电源电路、+5V缓冲电压电源电路；电源电路通过+5V缓冲电源输出电路得到纹波较小的+2.5V和+3.3V；其中2.5V输出电源电路给TMR传感器、加速度计供电和IO接口电源电路；+3.3V输出电压电源电路给陀螺仪提供稳定的工作电压；

所述+5V缓冲电压电源电路包括：电源芯片IC1、第一极性电容Cp1、第二极性电容Cp2、接插口P1；

所述电源芯片IC1的1脚接地；第一极性电容Cp1的正极、电源芯片IC1 的3脚、接插口P1的一端接+15V的输入；电源芯片IC2的2脚、第二极性电容Cp2的正极接缓冲电压+5V输出；接插口的另一端、电源芯片IC1的1脚、第一极性电容Cp1另一端、第二极性电容Cp2的另一端接地；其中电源芯片 IC1选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117；

所述+2.5V电源输出电路包括:电源芯片IC2、第三极性电容Cp3、第四极性电容Cp4、第一电阻R1、第二电阻R2；

所述电源芯片IC2的1脚、3脚和第三极性电容Cp3的正极接+5V的缓冲输入电压；第三极性电容Cp3的另一端和电源芯片IC2的2脚接地；电源芯片IC2的4脚接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端接电源芯片IC2的5脚和第四极性电容Cp4的正极；第四极性电容Cp4的另一端接TMR供电；电源芯片IC2选择ADI公司低静态电流、LDO线性稳压器ADP7118；

所述+3.3V输出电压电路包括：电源芯片IC3、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3；

所述电源芯片IC3的1脚、3脚、第一非极性电容的一端接+5V输出电压电源；电源芯片IC3的4脚与第二非极性电容C2、第三非极性电容C3接+3.3V 输出电压；电源芯片IC3的2脚与第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3的另一端接地；电源芯片IC3选择RICHTEK公司高精度、低功耗、低噪声基准电压源芯片RT9193

所述IO接口电源电路包括：电源芯片IC4、第五极性电容Cp5、第六极性电容Cp6；

所述电源芯片IC4的1脚接地；第五极性电容Cp5的正极、电源芯片IC4 的3脚接+5V的输入；电源芯片IC2的2脚、第六极性电容Cp6的正极接IO 口电源电压+2.5V输出；电源芯片IC4的1脚、第五极性电容Cp5另一端、第六极性电容Cp6的另一端接地；其中电源芯片IC4选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117。

进一步的，一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，所述信息采集模块包括三轴隧穿磁阻磁传感器电路和惯性传感器测量电路，其中三轴隧穿磁阻传感电路将磁场强度变化量转变为模拟电压量输出后接入信号处理电路，惯性传感器测量电路将测量所得信息直接输出；其中惯性传感器测量电路包括加速度测量电路、陀螺仪测量电路；

所述三轴隧穿磁阻传感电路包括：三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5；

所述三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的5脚和第四非极性电容C4、第五非极性电容C5一段连接+5V输出电源电压；第四非极性电容C4、第五非极性电容C5的另一端和三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的4脚接地；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的3脚、6脚接X轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片 IC5的2脚、7脚接Y轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的1脚、 8脚接Z轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5选择江苏多维公司具有良好的温度稳定性的TMR2309芯片。

进一步的，一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，所述加速度测量电路包括：加速度传感器IC6、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十三非极性电容 C13、接插口P2；

所述加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚接接插口P2的3脚、4 脚、5脚、6脚；加速度传感器IC6的5脚、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的8脚接第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的一端；第十非极性电容 C10、第十一非极性电容C11第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的另一端、加速度传感器IC6的6脚接地；加速度传感器IC6的10脚接于第六非极性电容C6、第七非极性电容C7的一端；加速度传感器IC6的11脚、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的9脚、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的另一端接地；加速度传感器IC6的12脚、 13脚、14脚接接插口P2的7脚、8脚、9脚；加速度传感器IC6选用ADI公司的三轴MEMS数字加速度计ADXL355。

进一步的，一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，所述陀螺仪测量电路包括传感芯片IC7、第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16，第三接插口P3；

所述传感芯片IC7的2脚、3脚、4脚、5脚、14脚、15脚、16脚、17 脚、21脚、22脚悬空；传感芯片IC7的6脚、7脚、9脚、12脚、23脚、24 脚接第三接插口P3的5脚、6脚、7脚、8脚、3脚、4脚；传感芯片IC7的 8脚、13脚与第十四非极性电容C14的一端接+3.3V输出电压电源；传感芯片IC7的10脚接第十五非极性电容的一端；传感芯片IC7的20脚接第十六非极性电容的一端；传感芯片IC7的1脚、11脚、18脚与第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16的另一端接地；其中传感芯片 IC7选择INVENSENSE公司的MPU6050芯片。

进一步的，一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，所述信号处理模块包括X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路、Z轴信号处理电路、AD转换电路；

所述X轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC8、IC9、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十七非极性电容C17、第十八非极性电容C18；

所述放大芯片IC8的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第三电阻 R3的一端接第六电阻R6的一端；放大芯片的3脚、第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端相连；第三电阻R3、第四电阻R4的另一端与传感器芯片IC5 的3脚、6脚相连；放大芯片IC8的6脚、第六电阻R6的另一端相连于第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七非极性电容C17相连；放大芯片IC9的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC9 的2脚、第九电阻R9的另一端、第十八非极性电容C18的一端相连；放大芯片IC9的6脚、第八电阻R8的另一端与第十八非极性电容C18的另一端接数模转换芯片IC14的60引脚；放大芯片IC8、IC9的7脚接+5V输出电压电源；第五电阻R5的另一端、放大芯片IC8、放大芯片IC9的4脚、第十七非极性电容C17的另一端、第十电阻R10的另一端接地；中差分放大芯片IC8、IC9 选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

所述Y轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC10、IC11、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九非极性电容C19、第二十非极性电容C20；

所述放大芯片IC10的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十一电阻R11的一端接第十四电阻R14的一端；放大芯片的3脚、第十二电阻R12 的一端与第十三电阻R13的一端相连；第十一电阻R11、第十二电阻R12的另一端与传感器芯片IC5的2脚、7脚相连；放大芯片IC10的6脚、第十四电阻R14的另一端相连于第十五电阻R15的一端；第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十九非极性电容C19相连；放大芯片IC11 的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC11的2脚、第十七电阻R17的另一端、第二十非极性电容C20的一端相连；放大芯片IC11的6脚、第十六电阻R16 的另一端与第二十非极性电容C20的另一端接数模转换芯片IC14的59引脚；放大芯片IC10、IC11的7脚接+5V输出电压电源；第十三电阻R13的另一端、放大芯片IC10、放大芯片IC11的4脚、第十九非极性电容C19的另一端、第十八电阻R18的另一端接地；中差分放大芯片IC10、IC11选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

所述Z轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC12、IC13、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十一非极性电容C21、第二十二非极性电容C22；

所述放大芯片IC12的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十九电阻R19的一端接第二十二电阻R22的一端；放大芯片的3脚、第二十电阻 R20的一端与第二十一电阻R21的一端相连；第十九电阻R19、第二十电阻R20 的另一端与传感器芯片IC5的1脚、8脚相连；放大芯片IC12的6脚、第二十二电阻R22的另一端相连于第二十三电阻R23的一端；第二十三电阻R23 的另一端、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十一非极性电容C21 相连；放大芯片IC13的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC13的2脚、第二十五电阻R25的另一端、第二十二非极性电容C22的一端相连；放大芯片IC13 的6脚、第二十四电阻R24的另一端与第二十二非极性电容C22的另一端接数模转换芯片IC14的64引脚；放大芯片IC12、IC13的7脚接+5V输出电压电源；第二十一电阻R21的另一端、放大芯片IC12、放大芯片IC13的4脚、第二十一非极性电容C21的另一端、第二十六电阻R26的另一端接地；中差分放大芯片IC12、IC13选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

所述数模转换电路包括：数模转换芯片IC14、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十三非极性电容C23、第二十四非极性电容C24、第二十五非极性电容C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电容C30、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第七非极性电容C7、接插口P2；

所述数模转换芯片IC14的1脚、2脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15 脚、16脚、22脚、23脚、28脚、29脚悬空；数模转换芯片IC14的4脚、第二十三非极性电容C23的一端接+5V输出电压电源；数模转换芯片IC14的6 脚、第二十四非极性电容C24接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14 的21脚接第二十七电阻R27一端；数模转换芯片IC14的34脚连接第七极性电容Cp7的正极；数模转换芯片IC14的35脚、第二十五非极性电容C25接 IO接口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的43脚、第二十六非极性电容C26的一端接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14的52脚接第二十八非极性电容C28的一端；数模转换芯片IC14的53脚、60脚、第二十九非极性电容C29的一端、第三十一非极性电容C31接+5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的57脚与第三十非极性电容的一端接IO口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的61脚接第三十二非极性电容C32；数模转换芯片 IC13的3脚、5脚、7脚8脚、9脚、10脚、31脚、39脚、40脚、41脚、42 脚、46脚、51脚、54脚、62脚、第二十三非极性电容C23的另一端、第二十六非极性电容C26的另一端、第二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容 C32接地；数模转换芯片IC14的20脚、33脚、55脚、56脚、58脚、第二十七电阻R27另一端、第七极性电容Cp7的另一端第二十五极性电容C25的另一端、第三十非极性电容的另一端、接数字地；数模转换芯片IC1416脚、17 脚、18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、30脚接接插口P2的11脚、 12脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚；数模转换芯片IC14选择ADI公司精密交流和直流性能的AD7768芯片；

所述数字地与地之间有数个0值电阻：第三十二电阻R32；

所述接插口P2的1脚接地；2脚接+5V电压输入；接插口P2的3脚、4 脚、5脚、6脚接加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚；接插口P2的 7脚、8脚、9脚接加速度传感器IC6的12脚、13脚、14脚；接插口P2的 10脚接接数模转换芯片IC10的37脚；接插口P2的10脚悬空；接插口P2的 11脚、12脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、接数模转换芯片IC10的16脚、17脚、18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、 30脚。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明电路对磁场信号的滤波使用的是有源滤波中巴特沃斯滤波器，这种滤波器的特点是在通频带内的频率响应曲线平坦度很大，起伏很小，并且在阻频带下降至零，因此当通带的边界处满足指标要求时，通带内肯定会有裕量；其次，TMR传感器相比于AMR、 GMR等传感器磁场灵敏度高，磁阻变化率大，线性度好，温度稳定性好，性能稳定，无层间耦合效应，无需额外的聚磁环结构和set/reset线圈结构，从而外围电路少，降低总体电路功耗。

附图说明

图1+5V缓冲电压电源输出电路；

图2+2.5V输出电压电源电路；

图3+3.3V输出电压电源电路；

图4IO接口+2.5V输出电压电源电路；

图5TMR传感电路；

图6加速度计传感电路；

图7陀螺仪传感电路

图8 X轴差分放大电路；

图9 Y轴差分放大电路

图10 Z轴差分放大电路；

图11数模转换电路；

图12接插口电路。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：

一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，包括电源模块、信号处理模块、信息采集模块,电源模块包括+2.5V输出电源电路、+3.3V输出电压电源电路、+5V缓冲电压电源电路；电源电路通过+5V缓冲电源输出电路得到纹波较小的+2.5V和+3.3V；其中2.5V输出电源电路给 TMR传感器、加速度计供电和IO接口电源电路；+3.3V输出电压电源电路给陀螺仪提供稳定的工作电压；

+5V缓冲电压电源电路包括：电源芯片IC1、第一极性电容Cp1、第二极性电容Cp2、接插口P1；

电源芯片IC1的1脚接地；第一极性电容Cp1的正极、电源芯片IC1的3 脚、接插口P1的一端接+15V的输入；电源芯片IC2的2脚、第二极性电容 Cp2的正极接缓冲电压+5V输出；接插口的另一端、电源芯片IC1的1脚、第一极性电容Cp1另一端、第二极性电容Cp2的另一端接地；其中电源芯片IC1 选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117；

+2.5V电源输出电路包括:电源芯片IC2、第三极性电容Cp3、第四极性电容Cp4、第一电阻R1、第二电阻R2；

电源芯片IC2的1脚、3脚和第三极性电容Cp3的正极接+5V的缓冲输入电压；第三极性电容Cp3的另一端和电源芯片IC2的2脚接地；电源芯片IC2 的4脚接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端接电源芯片IC2的5脚和第四极性电容Cp4的正极；第四极性电容Cp4的另一端接TMR供电；电源芯片IC2选择ADI公司低静态电流、 LDO线性稳压器ADP7118；

+3.3V输出电压电路包括：电源芯片IC3、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3；

电源芯片IC3的1脚、3脚、第一非极性电容的一端接+5V输出电压电源；电源芯片IC3的4脚与第二非极性电容C2、第三非极性电容C3接+3.3V输出电压；电源芯片IC3的2脚与第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3的另一端接地；电源芯片IC3选择RICHTEK公司高精度、低功耗、低噪声基准电压源芯片RT9193

IO接口电源电路包括：电源芯片IC4、第五极性电容Cp5、第六极性电容 Cp6；

电源芯片IC4的1脚接地；第五极性电容Cp5的正极、电源芯片IC4的3 脚接+5V的输入；电源芯片IC2的2脚、第六极性电容Cp6的正极接IO口电源电压+2.5V输出；电源芯片IC4的1脚、第五极性电容Cp5另一端、第六极性电容Cp6的另一端接地；其中电源芯片IC4选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117。

信息采集模块包括三轴隧穿磁阻磁传感器电路和惯性传感器测量电路，其中三轴隧穿磁阻传感电路将磁场强度变化量转变为模拟电压量输出后接入信号处理电路，惯性传感器测量电路将测量所得信息直接输出；其中惯性传感器测量电路包括加速度测量电路、陀螺仪测量电路；

三轴隧穿磁阻传感电路包括：三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5；

三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的5脚和第四非极性电容C4、第五非极性电容C5一段连接+5V输出电源电压；第四非极性电容C4、第五非极性电容C5 的另一端和三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的4脚接地；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的3脚、6脚接X轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的 2脚、7脚接Y轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的1脚、8脚接Z轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5选择江苏多维公司具有良好的温度稳定性的TMR2309芯片。

加速度测量电路包括：加速度传感器IC6、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13、接插口P2；

加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚接接插口P2的3脚、4脚、 5脚、6脚；加速度传感器IC6的5脚、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的8脚接第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的一端；第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的另一端、加速度传感器IC6的6脚接地；加速度传感器IC6的10脚接于第六非极性电容C6、第七非极性电容C7的一端；加速度传感器IC6的11脚、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的9脚、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的另一端接地；加速度传感器IC6的12脚、13脚、14脚接接插口P2的7脚、8脚、9脚；加速度传感器IC6选用ADI公司的三轴MEMS数字加速度计ADXL355。

陀螺仪测量电路包括传感芯片IC7、第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16，第三接插口P3；

传感芯片IC7的2脚、3脚、4脚、5脚、14脚、15脚、16脚、17脚、 21脚、22脚悬空；传感芯片IC7的6脚、7脚、9脚、12脚、23脚、24脚接第三接插口P3的5脚、6脚、7脚、8脚、3脚、4脚；传感芯片IC7的8脚、 13脚与第十四非极性电容C14的一端接+3.3V输出电压电源；传感芯片IC7 的10脚接第十五非极性电容的一端；传感芯片IC7的20脚接第十六非极性电容的一端；传感芯片IC7的1脚、11脚、18脚与第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16的另一端接地；其中传感芯片 IC7选择INVENSENSE公司的MPU6050芯片。

信号处理模块包括X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路、Z轴信号处理电路、AD转换电路；

X轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC8、IC9、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十七非极性电容C17、第十八非极性电容C18；

放大芯片IC8的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第三电阻R3 的一端接第六电阻R6的一端；放大芯片的3脚、第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端相连；第三电阻R3、第四电阻R4的另一端与传感器芯片IC5 的3脚、6脚相连；放大芯片IC8的6脚、第六电阻R6的另一端相连于第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七非极性电容C17相连；放大芯片IC9的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC9 的2脚、第九电阻R9的另一端、第十八非极性电容C18的一端相连；放大芯片IC9的6脚、第八电阻R8的另一端与第十八非极性电容C18的另一端接数模转换芯片IC14的60引脚；放大芯片IC8、IC9的7脚接+5V输出电压电源；第五电阻R5的另一端、放大芯片IC8、放大芯片IC9的4脚、第十七非极性电容C17的另一端、第十电阻R10的另一端接地；中差分放大芯片IC8、IC9 选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

Y轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC10、IC11、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九非极性电容C19、第二十非极性电容C20；

放大芯片IC10的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十一电阻 R11的一端接第十四电阻R14的一端；放大芯片的3脚、第十二电阻R12的一端与第十三电阻R13的一端相连；第十一电阻R11、第十二电阻R12的另一端与传感器芯片IC5的2脚、7脚相连；放大芯片IC10的6脚、第十四电阻 R14的另一端相连于第十五电阻R15的一端；第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十九非极性电容C19相连；放大芯片IC11 的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC11的2脚、第十七电阻R17的另一端、第二十非极性电容C20的一端相连；放大芯片IC11的6脚、第十六电阻R16 的另一端与第二十非极性电容C20的另一端接数模转换芯片IC14的59引脚；放大芯片IC10、IC11的7脚接+5V输出电压电源；第十三电阻R13的另一端、放大芯片IC10、放大芯片IC11的4脚、第十九非极性电容C19的另一端、第十八电阻R18的另一端接地；中差分放大芯片IC10、IC11选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

Z轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC12、IC13、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十一非极性电容C21、第二十二非极性电容C22；

放大芯片IC12的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十九电阻 R19的一端接第二十二电阻R22的一端；放大芯片的3脚、第二十电阻R20的一端与第二十一电阻R21的一端相连；第十九电阻R19、第二十电阻R20的另一端与传感器芯片IC5的1脚、8脚相连；放大芯片IC12的6脚、第二十二电阻R22的另一端相连于第二十三电阻R23的一端；第二十三电阻R23的另一端、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十一非极性电容C21相连；放大芯片IC13的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC13的2脚、第二十五电阻R25的另一端、第二十二非极性电容C22的一端相连；放大芯片IC13的6 脚、第二十四电阻R24的另一端与第二十二非极性电容C22的另一端接数模转换芯片IC14的64引脚；放大芯片IC12、IC13的7脚接+5V输出电压电源；第二十一电阻R21的另一端、放大芯片IC12、放大芯片IC13的4脚、第二十一非极性电容C21的另一端、第二十六电阻R26的另一端接地；中差分放大芯片IC12、IC13选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

数模转换电路包括：数模转换芯片IC14、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十三非极性电容C23、第二十四非极性电容C24、第二十五非极性电容C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电容C30、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第七非极性 电容C7、接插口P2；

数模转换芯片IC14的1脚、2脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、 16脚、22脚、23脚、28脚、29脚悬空；数模转换芯片IC14的4脚、第二十三非极性电容C23的一端接+5V输出电压电源；数模转换芯片IC14的6脚、第二十四非极性电容C24接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14的21 脚接第二十七电阻R27一端；数模转换芯片IC14的34脚连接第七极性电容Cp7的正极；数模转换芯片IC14的35脚、第二十五非极性电容C25接IO接口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的43脚、第二十六非极性电容 C26的一端接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14的52脚接第二十八非极性电容C28的一端；数模转换芯片IC14的53脚、60脚、第二十九非极性电容C29的一端、第三十一非极性电容C31接+5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的57脚与第三十非极性电容的一端接IO口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的61脚接第三十二非极性电容C32；数模转换芯片IC14 的3脚、5脚、7脚8脚、9脚、10脚、31脚、39脚、40脚、41脚、42脚、 46脚、51脚、54脚、62脚、第二十三非极性电容C23的另一端、第二十六非极性电容C26的另一端、第二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32 接地；数模转换芯片IC14的20脚、33脚、55脚、56脚、58脚、第二十七电阻R27另一端、第七极性电容Cp7的另一端第二十五极性电容C25的另一端、第三十非极性电容的另一端、接数字地；数模转换芯片IC1416脚、17脚、 18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、30脚接接插口P2的11脚、12 脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚；数模转换芯片 IC14选择ADI公司精密交流和直流性能的AD7768芯片；

数字地与地之间有数个0值电阻：第三十二电阻R32；

接插口P2的1脚接地；2脚接+5V电压输入；接插口P2的3脚、4脚、5 脚、6脚接加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚；接插口P2的7脚、 8脚、9脚接加速度传感器IC6的12脚、13脚、14脚；接插口P2的10脚接接数模转换芯片IC10的37脚；接插口P2的10脚悬空；接插口P2的11脚、 12脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、接数模转换芯片IC10的16脚、17脚、18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、30 脚。

本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (5)

1.一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，包括电源模块、信号处理模块、信息采集模块,其特征在于，所述电源模块包括+2.5V输出电源电路、+3.3V输出电压电源电路、+5V缓冲电压电源电路；电源电路通过+5V缓冲电源输出电路得到纹波较小的+2.5V和+3.3V；其中2.5V输出电源电路给TMR传感器、加速度计供电和IO接口电源电路；+3.3V输出电压电源电路给陀螺仪提供稳定的工作电压；

所述+5V缓冲电压电源电路包括：电源芯片IC1、第一极性电容Cp1、第二极性电容Cp2、接插口P1；

所述电源芯片IC1的1脚接地；第一极性电容Cp1的正极、电源芯片IC1的3脚、接插口P1的一端接+15V的输入；电源芯片IC2的2脚、第二极性电容Cp2的正极接缓冲电压+5V输出；接插口的另一端、电源芯片IC1的1脚、第一极性电容Cp1另一端、第二极性电容Cp2的另一端接地；其中电源芯片IC1选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117；

所述+2.5V电源输出电路包括:电源芯片IC2、第三极性电容Cp3、第四极性电容Cp4、第一电阻R1、第二电阻R2；

所述电源芯片IC2的1脚、3脚和第三极性电容Cp3的正极接+5V的缓冲输入电压；第三极性电容Cp3的另一端和电源芯片IC2的2脚接地；电源芯片IC2的4脚接第一电阻R1和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端接电源芯片IC2的5脚和第四极性电容Cp4的正极；第四极性电容Cp4的另一端接TMR供电；电源芯片IC2选择ADI公司低静态电流、LDO线性稳压器ADP7118；

所述+3.3V输出电压电路包括：电源芯片IC3、第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3；

所述电源芯片IC3的1脚、3脚、第一非极性电容的一端接+5V输出电压电源；电源芯片IC3的4脚与第二非极性电容C2、第三非极性电容C3接+3.3V 输出电压；电源芯片IC3的2脚与第一非极性电容C1、第二非极性电容C2、第三非极性电容C3的另一端接地；电源芯片IC3选择RICHTEK公司高精度、低功耗、低噪声基准电压源芯片RT9193

所述IO接口电源电路包括：电源芯片IC4、第五极性电容Cp5、第六极性电容Cp6；

所述电源芯片IC4的1脚接地；第五极性电容Cp5的正极、电源芯片IC4的3脚接+5V的输入；电源芯片IC2的2脚、第六极性电容Cp6的正极接IO口电源电压+2.5V输出；电源芯片IC4的1脚、第五极性电容Cp5另一端、第六极性电容Cp6的另一端接地；其中电源芯片IC4选择NS公司的耐压高、稳定性强的低压稳压芯片LM1117。

2.如权利要求1所述的一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，其特征在于，所述信息采集模块包括三轴隧穿磁阻磁传感器电路和惯性传感器测量电路，其中三轴隧穿磁阻传感电路将磁场强度变化量转变为模拟电压量输出后接入信号处理电路，惯性传感器测量电路将测量所得信息直接输出；其中惯性传感器测量电路包括加速度测量电路、陀螺仪测量电路；

所述三轴隧穿磁阻传感电路包括：三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5、第四非极性电容C4、第五非极性电容C5；

所述三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的5脚和第四非极性电容C4、第五非极性电容C5一段连接+5V输出电源电压；第四非极性电容C4、第五非极性电容C5的另一端和三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的4脚接地；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的3脚、6脚接X轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的2脚、7脚接Y轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5的1脚、8脚接Z轴磁场强度输出；三轴隧穿磁阻传感器芯片IC5选择江苏多维公司具有良好的温度稳定性的TMR2309芯片。

3.如权利要求2所述的一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，其特征在于，所述加速度测量电路包括：加速度传感器IC6、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11、第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13、接插口P2；

所述加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚接接插口P2的3脚、4脚、5脚、6脚；加速度传感器IC6的5脚、第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的8脚接第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的一端；第十非极性电容C10、第十一非极性电容C11第十二非极性电容C12、第十三非极性电容C13的另一端、加速度传感器IC6的6脚接地；加速度传感器IC6的10脚接于第六非极性电容C6、第七非极性电容C7的一端；加速度传感器IC6的11脚、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的一端接IO口电压电源+2.5V输出；加速度传感器IC6的9脚、第六非极性电容C6、第七非极性电容C7、第八非极性电容C8、第九非极性电容C9的另一端接地；加速度传感器IC6的12脚、13脚、14脚接接插口P2的7脚、8脚、9脚；加速度传感器IC6选用ADI公司的三轴MEMS数字加速度计ADXL355。

4.如权利要求3所述的一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，其特征在于，所述陀螺仪测量电路包括传感芯片IC7、第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16，第三接插口P3；

所述传感芯片IC7的2脚、3脚、4脚、5脚、14脚、15脚、16脚、17脚、21脚、22脚悬空；传感芯片IC7的6脚、7脚、9脚、12脚、23脚、24脚接第三接插口P3的5脚、6脚、7脚、8脚、3脚、4脚；传感芯片IC7的8脚、13脚与第十四非极性电容C14的一端接+3.3V输出电压电源；传感芯片IC7的10脚接第十五非极性电容的一端；传感芯片IC7的20脚接第十六非极性电容的一端；传感芯片IC7的1脚、11脚、18脚与第十四非极性电容C14、第十五非极性电容C15、第十六非极性电容C16的另一端接地；其中传感芯片IC7选择INVENSENSE公司的MPU6050芯片。

5.如权利要求4所述的一种基于三轴TMR传感器的惯性/地磁组合导航系统低噪声测量电路，其特征在于，所述信号处理模块包括X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路、Z轴信号处理电路、AD转换电路；

X轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC8、IC9、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十七非极性电容C17、第十八非极性电容C18；

所述放大芯片IC8的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第三电阻R3的一端接第六电阻R6的一端；放大芯片的3脚、第四电阻R4的一端与第五电阻R5的一端相连；第三电阻R3、第四电阻R4的另一端与传感器芯片IC5的3脚、6脚相连；放大芯片IC8的6脚、第六电阻R6的另一端相连于第七电阻R7的一端；第七电阻R7的另一端、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七非极性电容C17相连；放大芯片IC9的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC9的2脚、第九电阻R9的另一端、第十八非极性电容C18的一端相连；放大芯片IC9的6脚、第八电阻R8的另一端与第十八非极性电容C18的另一端接数模转换芯片IC14的60引脚；放大芯片IC8、IC9的7脚接+5V输出电压电源；第五电阻R5的另一端、放大芯片IC8、放大芯片IC9的4脚、第十七非极性电容C17的另一端、第十电阻R10的另一端接地；中差分放大芯片IC8、IC9选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

Y轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC10、IC11、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九非极性电容C19、第二十非极性电容C20；

所述放大芯片IC10的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十一电阻R11的一端接第十四电阻R14的一端；放大芯片的3脚、第十二电阻R12的一端与第十三电阻R13的一端相连；第十一电阻R11、第十二电阻R12的另一端与传感器芯片IC5的2脚、7脚相连；放大芯片IC10的6脚、第十四电阻R14的另一端相连于第十五电阻R15的一端；第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十九非极性电容C19相连；放大芯片IC11的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC11的2脚、第十七电阻R17的另一端、第二十非极性电容C20的一端相连；放大芯片IC11的6脚、第十六电阻R16的另一端与第二十非极性电容C20的另一端接数模转换芯片IC14的59引脚；放大芯片IC10、IC11的7脚接+5V输出电压电源；第十三电阻R13的另一端、放大芯片IC10、放大芯片IC11的4脚、第十九非极性电容C19的另一端、第十八电阻R18的另一端接地；中差分放大芯片IC10、IC11选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

Z轴差分放大滤波电路包括：放大芯片IC12、IC13、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十一非极性电容C21、第二十二非极性电容C22；

所述放大芯片IC12的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片的2脚、第十九电阻R19的一端接第二十二电阻R22的一端；放大芯片的3脚、第二十电阻R20的一端与第二十一电阻R21的一端相连；第十九电阻R19、第二十电阻R20的另一端与传感器芯片IC5的1脚、8脚相连；放大芯片IC12的6脚、第二十二电阻R22的另一端相连于第二十三电阻R23的一端；第二十三电阻R23的另一端、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十一非极性电容C21相连；放大芯片IC13的1脚、5脚、8脚悬空；放大芯片IC13的2脚、第二十五电阻R25的另一端、第二十二非极性电容C22的一端相连；放大芯片IC13的6脚、第二十四电阻R24的另一端与第二十二非极性电容C22的另一端接数模转换芯片IC14的64引脚；放大芯片IC12、IC13的7脚接+5V输出电压电源；第二十一电阻R21的另一端、放大芯片IC12、放大芯片IC13的4脚、第二十一非极性电容C21的另一端、第二十六电阻R26的另一端接地；中差分放大芯片IC12、IC13选用ADI公司超低功耗、低失真全差分放大芯片OPA27；

所述AD 转换电路包括：数模转换芯片IC14、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十三非极性电容C23、第二十四非极性电容C24、第二十五非极性电容C25、第二十六非极性电容C26、第二十七非极性电容C27、第二十八非极性电容C28、第二十九非极性电容C29、第三十非极性电容C30、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32、第七非极性电容C7、接插口P2；

所述数模转换芯片IC14的1脚、2脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、22脚、23脚、28脚、29脚悬空；数模转换芯片IC14的4脚、第二十三非极性电容C23的一端接+5V输出电压电源；数模转换芯片IC14的6脚、第二十四非极性电容C24接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14的21脚接第二十七电阻R27一端；数模转换芯片IC14的34脚连接第七极性电容Cp7的正极；数模转换芯片IC14的35脚、第二十五非极性电容C25接IO接口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的43脚、第二十六非极性电容C26的一端接+4.096V输出电源电压；数模转换芯片IC14的52脚接第二十八非极性电容C28的一端；数模转换芯片IC14的53脚、60脚、第二十九非极性电容C29的一端、第三十一非极性电容C31接+5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的57脚与第三十非极性电容的一端接IO口+2.5V输出电源电压；数模转换芯片IC14的61脚接第三十二非极性电容C32；数模转换芯片IC13的3脚、5脚、7脚8脚、9脚、10脚、31脚、39脚、40脚、41脚、42 脚、46脚、51脚、54脚、62脚、第二十三非极性电容C23的另一端、第二十六非极性电容C26的另一端、第二十八非极性电容C28的另一端、第二十九非极性电容C29的另一端、第三十一非极性电容C31、第三十二非极性电容C32接地；数模转换芯片IC14的20脚、33脚、55脚、56脚、58脚、第二十七电阻R27另一端、第七极性电容Cp7的另一端第二十五极性电容C25的另一端、第三十非极性电容的另一端、接数字地；数模转换芯片IC1416脚、17脚、18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、30脚接接插口P2的11脚、12脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚；数模转换芯片IC14选择ADI公司精密交流和直流性能的AD7768芯片；

所述数字地与地之间有数个0值电阻：第三十二电阻R32；

所述接插口P2的1脚接地；2脚接+5V电压输入；接插口P2的3脚、4脚、5脚、6脚接加速度传感器IC6的1脚、2脚、3脚、4脚；接插口P2的7脚、8脚、9脚接加速度传感器IC6的12脚、13脚、14脚；接插口P2的10脚接接数模转换芯片IC10的37脚；接插口P2的10脚悬空；接插口P2的11脚、12脚13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、接数模转换芯片IC10的16脚、17脚、18脚、19脚、24脚、25脚、26脚、27脚、30脚。

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