专利名称：具有交变激励场的传感器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括至少一个磁场发生器、至少一个相关联的磁传感 器元件以及相关联的电源单元的磁传感器设备。而且，本发明涉及这种磁 传感器设备的使用以及一种用于检测具有不同磁属性的磁化粒子的方法。
背景技术：
WO 2005/010543 Al和WO 2005/010542 A2中公开了一种微传感器设备， 举例来讲，其可以在用于检测分子，例如用磁珠标记的生物分子，的微流 体生物传感器中得到使用。该微传感器设备设置有传感器阵列，其包括用 于产生交变正弦磁场的导线以及用于检测由磁化的、固定不动的珠产生的 杂散场的巨磁阻(GMR)。然后，GMR的信号指示传感器附近珠的数量。使用前述类型的磁传感器设备进行测量的问题是，磁珠的磁属性可能 会被分散，从而磁化珠的数量与磁响应之间并不具有确定的关系。结果， 传感器的精度会降低。发明内容基于此种情况，本发明的目的在于提供一种用于精确检测具有不同磁 属性的磁性粒子的装置。所述目的通过根据权利要求1所述的磁传感器设备、根据权利要求22 所述的方法以及根据权利要求27的应用来实现。从属权利要求中公开了优 选的实施例。根据本发明的磁传感器设备用于检测磁化粒子并且包括以下组件 至少一个用于在临近研究区域中产生磁激励场的磁场发生器。例如，所述磁场发生器可以通过位于微传感器衬底上的一条或多条导线实现。至少一个磁传感器元件，用于记录由所述磁化粒子反应于(in reactionto)所述磁激励场而产生的磁反应场。所述磁传感器元件可以具体是在WO2005/010543 Al或WO 2005/010542 A2中描述的磁阻类型元件，尤其是GMR、 TMR (隧穿磁阻)或AMR (各向异性磁阻)。也可以应用其它类型的磁传感器 元件。用于向所述磁场发生器提供激励电流的"激励电源单元"，所述电流在其频谱上包括至少两个谱分量。所述磁传感器设备允许产生具有至少两个谱分量的磁激励场，并且因而能够在其谱特性的两个或者多个点处同时测量样品。因此，所测量的传 感器信号与使用简单的直流或者正弦激励场的测量相比包括更多的信息。根据本发明的进一步展开，所述磁传感器设备包括评估单元(例如， 模拟或数字片上电路，或外部数字处理单元)，用于从所记录的磁反应场中 提取不同属性的粒子的个体贡献。实际上，例如由于不可避免的制造公差， 例如用作目标分子标记的磁性粒子在其磁属性方面并非相同。然后，所述 评估单元允许将所观测的磁反应场分配给不同种类的粒子，并且因此允许 对当前粒子的总数量做出更加精确的确定。当任意地使用截然不同的磁性 粒子时，例如，用于不同地标记截然不同类型的目标分子，可以进一步开 发在总的磁响应中粒子个体贡献的分离。所述激励电源单元可以通过不同的方式实现。根据一个实施例，其包 括至少两个振荡器，特别是用于直接产生两个谱分量的正弦振荡器。这里， 术语"振荡器"在非常普遍的意义上是指在其输出处产生交变的、优选地 为周期性的信号(例如，电压)的组件。在另外一个实现中，激励电源单元适合于产生具有激励频率f,的方波 激励电流，其中所述频率描述了所述方波的周期。方波的优点在于其包括 激励基频若干倍的谱分量并且因此类似地覆盖了整个谱范围。而且，使用 方波激励场具有有趣的信号处理结果，这使集成电路(IC)的集成更加容 易。所述激励电源单元尤其包括"激励"环形调制器，"激励"电流源(可 选的，但并非必须是恒流源)，以及"激励"振荡器，其中"激励" 一词应 该表示属于所述激励电源单元的相应组件。激励电源单元向所述磁场发生 器提供具有激励频率f,的交变激励电流，其中所述电流从所述激励环形调 制器(之后将其简写为RM)的所述输出流出，并且所述RM由所述激励振荡器控制且所述RM的输入端与所述激励电流源相耦合。所述环形调制器RM (或"断路器")为信号转换(模数转换和数模转换)和电信领域中公知的 一种电路，并且在标准的电子学教科书中(例如，Tietze, Schenk: "Halbleiter-Schaltungstechnik，， ， Springer Verlag， 第11版，第1.4. 5 章)有所描述。环形调制器具有接收处于某个输入频率的信号的输入端， 接收处于某个控制频率的控制信号的控制输入端，以及提供输出电流或输 出电压的输出端，其中输出信号是输入信号和控制信号的混合，特别是其 乘积。借助使用环形调制器以产生激励电流，所述磁传感器设备能够产生 不同属性的磁激励场，特别是以非正弦方式以某个激励频率进行周期性变 化的激励场。根据前述实施例的一个进一步扩展，所述激励电流源提供直流，并且 所述激励振荡器提供具有激励频率f'的方波作为控制信号。结果，所述激 励RM的输出处的激励电流也将是具有所述激励频率的方波。所述激励电源单元的所述设计也可以通过在所述传感器侧做出必要的 修正来实现。因而，所述磁传感器设备可选地包括"传感器电源单元"， 其用于向所述磁传感器元件提供具有感测频率f2的方波感测电流。而且，传感器电源单元可以包括"感测"环形调制器，"感测"电流源 (可选的，但并非必须是恒流源)以及"感测"振荡器，其中"感测"一 词指的是属于所述传感器电源单元的相应组件。所述传感器电源单元向所 述磁传感器元件提供具有感测频率f2的交变感测电流，其中所述电流从所 述感测RM的所述输出流出，并且其中所述RM由所述感测振荡器控制，并 且其中所述RM的输入与所述感测电流源相耦合。所述感测电流源可选地提供直流，并且所述感测振荡器可以提供作为 控制信号的具有感测频率的方波。结果，在所述感测RM的所述输出处的所 述感测电流也将是方波。上述不同实施例中的激励频率t和感测频率f2优选地满足如下关系 P/2*《./i±r./2，其中P、 q和r为任意的奇数。这种选择具有的优势是， 避免了所述磁信号中来自所述感测频率的谐波分量。所述激励频率t可选地大于所述感测频率f2，其中f"f2的比值特别地 在10到1000之间的范围内。
在另外一个实施例中，选择所述激励频率t和所述感测频率f2为彼此接近，其中f"f2的比值特别地在0. 8到1. 2之间的范围内。所述激励振荡器和所述感测振荡器优选地由公共基准振荡器驱动，以 使激励频率和感测频率之间的相位漂移最小。根据本发明的一个进一步展开，所述磁传感器设备包括至少一个解调 器，其(直接或者间接)耦合到所述磁传感器元件并且由所述激励频率t、 所述感测频率f2、或者所述激励频率f,和所述感测频率f2的异或操作结果 来驱动。所述异或操作的使用与IC设计相结合特别有利。在前述实施例的一个特定实现中，所述磁传感器设备包括由第一控制 信号控制的第一 "解调"RM (环形调制器)，所述信号由所述激励振荡器提 供，并且所述第一 "解调"RM (环形调制器)在其输入处与所述磁传感器 元件的所述输出相耦合。所述第一解调RM允许对所述传感器信号进行直接 解调而无须放大，以避免动态范围问题。在前述实施例中，第一控制信号优选地由所述激励振荡器的所述输出 确定(即，所述第一控制信号与所述激励RM的控制信号相同)。可选地， 所述第一控制信号可以由所述激励振荡器和另外一个振荡器，尤其是所述 感测振荡器，的输出之间的异或(X0R)操作确定。将参照附图描述使用所 述两种可选方法的不同处理电路的更多细节。第一解调器RM的普通效果是 在涉及磁激励场的传感器信号中分离分量。具有所述第一解调賜的所述磁传感器设备优选地包括在所述RM的所 述输入侧和/或所述输出侧处的高通滤波器或低通滤波器。借助这些滤波 器，可以从传感器信号中移除不期望的信号分量。"在所述输入侧"应用所 述高通滤波器的意思是在所述磁传感器元件与所述第一解调RM之间的任意 位置插入滤波器，g卩，在此之间可能还有其它组件。类似地，在所述输出 侧的所述低通滤波器可以直接或间接地耦合到所述第一解调RM的所述输出4山顿。具有所述第一解调RM的所述磁传感器设备可以进一步包括在所述RM 的所述输入侧和/或所述输出侧处的放大器。所述放大器优选地为低噪声放 大器，以尽可能少地损害信号质量。根据本发明的一个进一步扩展，所述磁传感器设备包括由第二控制信 号控制的第二解调RM，所述控制信号由所述感测振荡器提供，并且所述第 二解调RM在其输入处(直接或者间接地)耦合到所述第一解调RM的所述 输出。第二解调RM的应用允许从所述预处理的传感器信号中提取作为DC 分量的期望的测量信号。在前述实施例中，为了抑制不期望的信号分量，可以可选地在所述第 二解调RM的输入侧设置高通滤波器和/或在所述第二解调RM的输出侧设置 低通滤波器。根据本发明的另外一个实施例，所述磁传感器设备包括位于所述磁传 感器元件和所述第一解调RM之间的第三RM，其中所述第三RM由所述感测 振荡器控制。所述第三RM允许在对所述传感器信号进行进一步处理之前移 除该信号中处于所述感测频率处的所述大基带分量。本发明进一步涉及一种用于检测磁化粒子的方法，该方法包括以下步骤产生具有至少两个谱分量的磁激励场。所述激励场特别地具有激励频 率为fi的方波特性(其中L描述了方波的周期，其导致频谱中一系列的谱 分量)。记录所述粒子反应于所述磁激励场而产生的随时间变化的磁反应场。在一个进一步扩展中，所述方法包括从所记录的反应场中提取不同属 性的粒子的个体贡献。通过应用具有多于一个傅里叶频率分量的磁激励场，上述方法允许将 观测到的磁反应场分配给不同种类的粒子并且因此允许对当前粒子的总数 量做出更加精确的确定。当任意使用截然不同的磁性粒子时，例如，用于 不同地标记截然不同类型的目标分子，可以进一步开发在总的磁响应中粒 子个体贡献的分离。粒子个体贡献的提取可以通过不同的方式实现。根据第一个可选情况， 基于所述粒子的公知谱行为，从所述反应场的所述谱中提取所述个体贡献。 按照另外一种方法，将描述特定粒子响应的随时间变化的模型函数拟合到 所记录的反应场，其中可以应用现有技术中公知的不同拟合方法。特别地， 所述模型函数为采用衰减时间作为(一个)拟合参数的指数函数。本发明进一步涉及上述磁传感器设备在分子诊断学、生物样品分析或
化学样品分析中的使用。例如，分子诊断学可以通过使用直接或间接附着 到目标分子的磁性颗粒得以完成。
通过参考此后描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚并 得到说明。将借助所附的附图来描述这些实施例，其中-图1示意性地示出了根据本发明的磁传感器设备；图2示出了激励电流的方波及其频谱；图3示出了不同尺寸的三个磁性粒子的频率响应；图4示出了在存在不同尺寸的磁珠时从GMR传感器获得的总的读出信号 图5示出了用于根据本发明的磁传感器设备的处理电路的第一设计以 及不同阶段中处理信号的频谱；图6示出了图5的设计的修改，其中在处理组件之前插入高通滤波器;图7示出了图6的设计的修改，其中解调频率由异或函数产生；图8示出了图6的设计的修改，其中使用第三RM以对原始传感器信号 进行过滤；图9示出了图7的设计的修改，其中激励频率和感测频率彼此接近。 附图中相同的参考标记代表相同或者相似的组件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的微电子磁传感器设备10，其作为生物传感器 在检测磁相互作用的粒子，例如样品腔中的超顺磁珠2， 2，，中有特别应 用。在灵敏性、特异性、集成性、易用性和成本方面，磁阻生物芯片或生 物传感器对于生物分子诊断学具很好前景。此种生物芯片的例子在W0 2003/054566、 W0 2003/054523、 W0 2005/010542 A2、 WO 2005/010543 Al 以及W0 2005/038911 Al中有所描述，这些通过引用被结合到本发明中。生物传感器典型地由图1中所示类型的传感器设备10的阵列(例如 100)组成，并且因而可以同时测量溶液(例如血液或唾液)中大量不同的 目标分子l， 1，(例如，蛋白质、DNA、氨基酸、滥用的药物)的浓度。在
一个可能的结合方案的例子中，所谓的"三明治化验"，其通过提供具有其上结合有目标分子i， r的第一抗体3， 3，的结合表面实现。随后，携带第二抗体4，4'的超顺磁珠2，2'可以附着到该结合的目标分子l， 1'。 在传感器10的激励导线11和13中流动的电流产生磁场B，其随后磁化该 超顺磁珠2， 2，。来自超顺磁珠2， 2'的杂散场B'在传感器设备10的 GMR 12中引入面内磁化分量，这会导致可测量的电阻变化。所述磁传感器设备10可以是基于对该传感器设备的表面上或其附近要 被测量的粒子的磁属性的检测的任意合适的传感器设备10。因此，磁传感 器设备10可以被设计为线圈、磁阻传感器、磁限制(restrictive)传感 器、霍尔传感器、平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID (半导体超导量 子干涉器件)、磁共振传感器、GMR (巨磁阻)，或者其它由磁场致动的传感 器。在所给出的例子中，磁传感器设备10包括GMR (巨磁阻)。如图l所示，具有不同属性(例如，不同尺寸)的珠2， 2'可以经由 分子4， 4'结合到不同的目标分子l， 1'，所述目标分子l， r在传感器 设备的表面14上被链接到相同或不同的受体3， 3'。图1进一步指出磁传感器设备10的一个可能的分层结构，其中，第一 底层A1包括信号处理装置(未示出)。将由中间钝化层A2分隔开的前述传 感器组件11、 12、 13置于上层A3中。为了在降低不期望的带宽限制寄生 组件的效果的同时实现高集成度，应用将传感器元件放置在信号处理装置 之上的布局方式。如已经提到的，所述生物传感器芯片可以包括连接到信 号处理单元的多个传感器设备以在同一芯片上实现多生物学测量。为了减 少芯片面积数量，这些传感器设备可以经由多路复用技术共用公共信号处 理部分。而且，为了降低能耗，信号处理单元可以按照时间序列模式工作。与所描述类型的磁传感器设备相关联的一个问题是，磁珠的磁属性可 能会被分散，从而固定不动的珠的数量与磁响应之间不具有确定的关系。 结果，传感器的精度会降低。而且，通过使用具有不同生物学界面和不同 磁属性的磁珠，在单个GMR传感器上检测多个不同的目标分子是有利的。 因此，需要一种智能检测机制以区别同一传感器上不同颗粒的响应。最后， 由于方波信号容易产生并且不需要复杂的滤波，在IC设计中，使用该方波 信号进行激励、感测和解调是非常理想的。
解决前述问题的一般想法是应用非正弦磁激励场并且由所观测的信号 计算单独珠的响应。这是基于如下认识珠的动态磁属性，例如重磁化时间和Neel松弛时间，由于(i)处理公差和(ii)为多路复用技术而有意 应用的差别而有所不同。在上面一般概念的第一特定实施例中，激励导线ll， 13产生方波激励 场B。由于珠2， 2，的不同动态属性，会获得复杂的读出信号，该读出信 号可以在频率域内进行分析。图2表示具有周期性激励频率f,的相应方波激励电流L及其相关的傅 里叶频谱I卩，该傅里叶频谱在激励频率f,的奇数倍处包括谐波。图3示意性示出了对于具有不同动态磁属性的三组磁珠2， 2， ， 2"的 三条不同的频率响应曲线。如果这些珠2， 2' ， 2"的混合物暴露于根据图 2的方波激励场，则会产生复杂的频谱，其为单独的粒子响应之和。由GMR 传感器12获得的总读出信号示于图4中。不同珠的个体贡献由单独的箭头 指出。而且，将图3的频率响应曲线插入到图4中，如虚线所示，将每条 频率响应曲线置于另一条之上。在所示的特定例子中，每组珠2， 2' ， 2"的贡献可以通过如下方式获 得首先测量来自珠2"的响应，珠2"产生最高频率的信号成分。从读出 信号只受珠2"影响的5t开始，可以计算珠2"的贡献并且从剩余的读出 信号中减去该珠2"的贡献。然后，可以计算珠2'的响应，等等。最后，获得所有单独珠的响应。可以改变基频t以实现每个珠类型的优化激励 (SNR)，例如，通过选择更高的t以产生用于激励更小珠的更多HF信号。用于分隔不同珠的贡献的一个可选方法可以基于时域分析。在这种情况下，可以通过具有不同衰减时间的指数函数而将总响应拟合为时间的函数，以在时域内计算单独的珠响应。可以在文献中找到例如最小二乘法的标准算法，以将线性系数Ci和衰减时间di拟合到这一类型的所谓的超指数函数的线性组合中F (1)=》 0 =》辯(, (1)(参照，例如H. B. Nielsen, Separable NonLinear Least Squares. R印ort I賺EP-2000-01， D印artment of Mathematical Modelling,跪 (2000), http:〃雨2. i咖.dtu. dk/ hbn/publ/)。
例如，考虑给出的总信号y(t)的数据点(t" yi)，……(t ， y )，其 中所述信号应该通过根据等式(1)的多个非线性函数fi(t)二exp(-t/d》的 线性组合F(t)重建。然后，所述算法的目的在于以某种方式找出参数Ci和 d,，从而根据某些标准使在所述数据点上信号y(t)与近似值F(t)之间的误 差E最小。例如，如果考虑均方误差标准，则误差E将按照下式计算<formula>formula see original document page 15</formula>(2)可以应用几个己知的数学算法来解决该优化问题。 一个例子是 Marquadt叠代或Levenberg-Marquardt方法。然而，使用一组具有不同衰 减时间的指数函数来拟合超指数函数的任意其它数学方法也是可能的。在图5至图9中示出了对于类似图1的磁传感器设备的处理电路不同 的优选前端构造。所有这些构造使用环形调制器(断路器)进行信号产生 和解调。所述环形解调器(縮写为RM)在信号转换(模数转换和数模转换) 以及电信领域是公知的。其意图在于直接对GMR传感器12的传感器信号进 行解调而无须放大，以避免动态范围问题，其中该概念的成功依赖于环形 解调器在噪声、偏移和杂散分量方面的质量。在图5示出的第一特定构造中，由"激励RM" 22的输出产生通过激励 导线11， 13的激励电流L，所述RM在其输入侧处耦合到DC电流源21并 且在其控制输入处耦合具有频率&的振荡器41，其中RM22、电流源21以 及振荡器41组成相应的激励电源单元。类似地，通过使用"感测RM" 24 在频率f2处对DC电流源23进行断路而产生通过GMR传感器12的感测电流 12，所述频率f2由感测振荡器42产生，其中RM24、电流源23和振荡器42 组成相应的传感器电源单元。原始GMR电压u^的频谱图示于电路下面的图 A中。其由频率为/n./2、 1/;以及;1.乂±附./2的线构成，其中m、 k为奇数。 此频谱的分量附./2由方波传感器电流12产生，其为静态GMR电阻与传感器 电流的乘积结果。分量h,(频率为^的激励电流及其奇数谐波)由于寄生 串扰(电容和电感)而存在于该点。所述磁信号作为所述信号的边带出现， 即，在*./;±附./2处。带点的短箭头指出解调频率分量。还在"评估单元" 中进一步处理该GMR电压u ，该"评估单元"包括示出在GMR传感器12 右边的组件，随后将描述此组件更多的细节。
GMR电压i^由振荡器41 (或者具有频率f,的另一振荡器)控制的第一 解调RM 26进行第一次解调。该RM 26的输出在图B的频谱中示出。由于 该第一解调步骤，h,周围的线被移动到DC。 DC比作f,，并且1/2处的谐 波比作磁信号。然后，通过低通滤波器27和低噪声放大器28发送RM 26的输出，并 且最后由振荡器42 (或者具有频率f2的另一振荡器)控制的第二解调RM 29 解调。第二RM29的最终输出示于图C中。通过在f2处应用第二解调步骤， 图B中t力处的谐波已经被移动到DC。同时，图B中的DC项己经被移动到在f,和f2处的连续解调步骤之后，期望的磁信号因而在DC (图C)处 出现，并且因此可以通过低通过滤该DC项而获得该期望的磁信号。可选地， 在第一解调賜26之前可以加入低噪声放大器25 (虚线示出)。在一个可选的实施例中，在第二解调步骤之前设置高通滤波器30 (参 照图5中的上部插入)，其从图B中移除DC分量以避免在第二解调之后的 低通滤波。此情况下产生的输出信号示于图C'中。在图6示出的第二类型的构造中，高通滤波器(例如，电容器31与LNA 的输入电阻形成第一级高通滤波器)被加入到对于传感器信号11 的剩余处 理电路之前。因而，限制了前端的动态范围，这使在解调之前进行放大成 为可能。在这种情况下，可以省略图5中的低通滤波器27。然而，其它组 件与图5中的相同，因此不再进行描述。在不同点A、 B、 C处处理的GMR 信号11 的频谱示于电路之下的图中。可以使用附加的低通滤波器(图B中 的虚线)以在第二解调步骤之前移除HF分量。作为一种变型，可以再次在第二调制RM 29之前插入f2处的高通滤波 器30，该滤波器30在第一解调之后移除DC分量。如果将该高通滤波器与 前述附加的低通滤波器结合在一起，这会形成通过f2和谐波的带通滤波器。图7中示出的第三类型的构造包括通过在第一解调RM 26处对振荡器 43中的f^卩f2进行异或操作而产生所需的解调频率的一个到DC的直接转 换。其它组件，如果存在的话，与图5和图6中的相同，因此不再进行描 述。在点A和C处处理的GMR信号uc^的频谱示于电路之下的图中。在图8中示出的第四类型的构造中，处于感测频率f2处的大基带分量 在放大之前通过使用(第三)RM 32处于频率&的GMR电压u圆进行断路而 被移除。这具有强大的优势，即，将基带混合到DC，这可以通过DC阻塞装 置(例如，电容器31)被完全移除或者作为偏压使用。其它组件，如果存 在的话，与图5、图6和图7中的相同，因此将不再进行描述。在点A到D 处处理的GMR信号i^的频谱示于电路之下的图中。尽管与期望的磁信号正交，也希望避免磁信号处来自感测电流频率f2 的谐波成分。因此，应该保持如下关系其中p， q和r为奇数。优选地，fl和f2由同一基准时钟提供，以使得f^fw/n并且f2=fref/m。这将上述约束降低为<formula>formula see original document page 17</formula>其中p， q和r为奇数，这可以通过选择2m/n为整数值而容易满足。 在m=10. 050、n二100并且fref=10MHz的情况下，产生f产100kHz以及f产995Hz 的频率。在图9示出的第5类型的构造中，激励频率f,和感测频率f2彼此接近。 放大并同步检测低频差频4/" = |/2-,|，其中紧跟在GMR传感器12之后的第 一低通滤波器34用于限制随后的LNA放大器25的动态范围。而且，在放 大器25之后的第二低通滤波器35移除放大器的HF噪声。其它组件，如果 存在的话，与图5到图8中的相同，因此将不再进行描述。在点A到C处 处理的GMR信号ueMR的频谱示于电路之下的图中。在所描述的构造中，优选地数字化产生控制信号f,、 &和(fi异或f2)。 而且，对于电流L和/或12其中之一使用非方波信号也是本发明的一部分。 在那种情况下，必须相应地适配解调谱以实现优化的SNR。而且，将回转率 限制加入到波形中会改变信号的HF成分，这可以简化实施。所述磁传感器设备的优点是-通过在所述珠的频率和时间响应之间进行识别，在单个GMR传感器 上珠的多路复用成为可能；-方便系统集成不需要复杂的滤波，只需产生两个频率，等等；-完全透明和同步的系统；可以在不改变滤波器截止频率的情况下改
变操作频率，等等；-通过对所有包含信号的频率分量进行解调而优化SNR。最后指出，在本申请中，术语"包括"不排除其它元件或步骤，"一个" 也不排除多个，并且单个的处理器或其它单元可以实现几个装置的功能。 本发明在于每个和所有的新颖性特征以及每个和所有这些特征的组合。而 且，权利要求中的附图标记不应被解释为对其范围的限制。
权利要求
1、一种用于检测磁化粒子(2，2’，2”)的磁传感器设备(10)，包括至少一个磁场发生器(11，13)，用于产生磁激励场(B)；至少一个相关联的磁传感器元件(12)，用于记录由所述粒子(2，2’，2”)反应于所述激励场(B)而产生的磁反应场(B’)；激励电源单元，用于向所述磁场发生器(11，13)提供包括至少两个谱分量的激励电流(I1)。
2、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括评估单元，用于从所记录的磁反应场(B，)提取具有不同属性的粒子(2， 2' ， 2")的个体贡献。
3、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述激励电源单元包括至少两个振荡器，优选为正弦振荡器。
4、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述激励电源单元产生具有激励频率f,的方波激励电流。
5、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述激励电源单元包括激励RM (环形调制器)(22)、激励电流源(21)和用于在所述RM的所述输出处提供具有激励频率(f,)的激励电流(I,) 的激励振荡器(41)，所述RM由所述振荡器(41)控制并且所述RM在其输 入处与所述电流源(21)相耦合。
6、 根据权利要求5所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述激励电流源(21)提供直流并且所述激励振荡器(41)提供具有激励频率L的方波。
7、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括传感器电源单元，用于向所述磁传感器元件(12)提供具有感测频率f2的方波感测电流(12)。
8、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括传感器电源单元，该传感器电源单元具有感测RM (环形调制器)(24)、感测电流源(23)以及用于从所述RM的所 述输出向所述磁传感器元件(12)提供具有感测频率f2的感测电流(12)的 感测振荡器(42)，所述RM由所述振荡器(42)控制并且所述RM在其输入 处与所述电流源(23)相耦合。
9、 根据权利要求8所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述感测电流源(23)提供直流并且所述感测振荡器(42)提供具有所述感测频率f2的方波。
10、 根据权利要求4和7或5和8所述的磁传感器设备(10)，其特征 在于，所述激励频率f,和所述感测频率f2满足关系p./2^g.y;±r/2，其中p、q和r为任意奇数。
11、 根据权利要求4和7或5和8所述的磁传感器设备(10)，其特征 在于，所述激励频率f i与所述感测频率f2之间的比值满足至少如下关系之一: : /2 e
、 , /2 > 1或者: /2 e [IO;IOOO]。
12、 根据权利要求5和8所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述激励振荡器(41)和所述感测传感器(42)由公共基准振荡器驱动。
13、 根据权利要求1所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器元件包括类似GMR (12)、 TMR或AMR元件的磁阻元件。
14、 根据权利要求4和7或5和8所述的磁传感器设备(10)，其特征 在于，所述磁传感器设备(10)包括至少一个解调器(26， 29)，所述解调器 (26， 29)与所述磁传感器元件(12)相耦合，并且所述解调器(26， 29) 由所述激励频率&、所述感测频率f2或者所述激励频率t与所述感测频率 f2的异或操作结果驱动。
15、 根据权利要求5所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括第一解调RM (26)，所述第一解调RM (26)由从所述激励振荡器(41)提供的第一控制信号控制，并且所述第一解调 RM (26)在其输入处与所述磁传感器元件(12)的所述输出相耦合。
16、 根据权利要求15所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述第一控制信号由所述激励振荡器(41)的所述输出确定，或者由所述激励振荡器(41)与另外一个振荡器的所述输出之间的异或操作结果 确定，该另一振荡器特别是如权利要求8所述的感测振荡器(42)。
17、 根据权利要求15所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括在所述第一解调RM (26)的输入侧和/或输出侧处的高通滤波器(31)或低通滤波器(27)。
18、 根据权利要求15所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括在所述第一解调RM (26)输入侧处的放大器(25)和/或在所述第一解调RM (26)输出侧处的放大器(28)。
19、 根据权利要求8和15所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括第二解调RM (29)，所述第二解调RM (29)由从所述感测振荡器(42)提供的第二控制信号控制，并且所述第二解调 RM (29)在其输入侧与所述第一解调RM (26)的所述输出相耦合。
20、 根据权利要求19所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括在所述第二解调RM (29)的输入侧处的高通滤波器(30)和/或在所述第二解调RM (29)的输出侧处的低通滤波器。
21、 根据权利要求8和15所述的磁传感器设备(10)，其特征在于， 所述磁传感器设备(10)包括位于所述磁传感器元件(12)和所述第一解调RM (26)之间的第三RM (32)，所述第三RM (32)由所述感测振荡 器(42)控制。
22、 一种用于检测磁化粒子(2， 2， ， 2")的方法，包括 产生具有至少两个谱分量的磁激励场(B);记录由所述粒子(2， 2' ， 2")反应于所述激励场(B)而产生的磁 反应场(B，)。
23、 根据权利要求22所述的方法，其特征在于， 从所记录的反应场(B')提取所述具有不同属性的粒子(2， 2' ， 2")的个体贡献。
24、 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，基于所述粒子(2， 2' ， 2")的已知谱行为而从所述反应场(B') 的所述频谱提取所述个体贡献。
25、 根据权利要求23所述的方法，其特征在于， 通过拟合用于描述特定粒子(2, 2' ， 2")对所记录的反应场(B')的响应的模型函数而提取所述个体贡献。
26、 根据权利要求25所述的方法，其特征在于， 所述模型函数为采用衰减时间作为拟合参数的指数函数。
27、一种根据权利要求1到21中的任意一项所述的磁传感器设备(IO) 的应用，所述磁传感器设备用于分子诊断学、生物样品分析或化学样品分 析。
全文摘要
本发明涉及一种磁传感器设备，所述磁传感器设备包括用于产生磁激励场的激励导线(11，13)以及用于感测由标记粒子反应于所述激励场而产生的磁场的磁传感器元件，特别是GMR传感器(12)。磁激励场产生为非正弦形式，特别是方波形式，以便其谱范围包括多个频率分量。然后，可以根据具有不同磁响应特性的磁性粒子对所述激励场的不同频率分量的反应来区分这些粒子。优选地，在环形调制器(22，24)的帮助下产生所述磁激励场以及驱动所述GMR传感器(12)的感测电流。而且，环形调制器(27，29)可以用于解调所述传感器信号。
文档编号G01R33/09GK101400984SQ200780008917
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年3月15日
发明者A·H·J·伊明克, A·J·M·范图伊吉勒, E·坎塔托雷, H·J·贝格维尔德, H·杜里克, J·A·H·M·卡尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司