【摘要】：CMOS集成霍爾傳感器由于具有成本低、功耗低、集成度高以及抗干擾能力強(qiáng)等眾多優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車、智能儀器儀表和消費電子等領(lǐng)域,實現(xiàn)對磁場的探測。但是在很多情況下被測磁場并不是單一確定方向,因此必須同時使用水平和垂直型霍爾器件對三維磁場方向進(jìn)行檢測。相比與水平型霍爾器件,垂直型霍爾器件的磁場靈敏度更低,失調(diào)更嚴(yán)重。因此本文針對垂直型霍爾傳感器的器件結(jié)構(gòu)和信號調(diào)理電路進(jìn)行了研究,設(shè)計了一種電流模式的低失調(diào)、高靈敏度的垂直型霍爾傳感器。第一,設(shè)計了一種新穎的、結(jié)構(gòu)對稱的垂直型霍爾器件,降低初始失調(diào)。結(jié)構(gòu)不對稱是垂直型霍爾器件初始失調(diào)高的主要原因,本文基于CMOS高壓工藝提出一種雙阱三孔耦合器件,該結(jié)構(gòu)不僅具有良好的對稱性,初始失調(diào)低,而且能夠滿足四相旋轉(zhuǎn)電流失調(diào)消除技術(shù)要求,殘余失調(diào)小。Silvaco TCAD仿真結(jié)果表明,該雙阱三孔耦合器件在3V下的初始失調(diào)為0.94mV,四相旋轉(zhuǎn)電流后的平均失調(diào)低至12μV,電壓靈敏度為0.027/T,電流靈敏度高達(dá)180V/AT。第二,設(shè)計了一種基于電流模式的四相旋轉(zhuǎn)電流電路,有效消除了霍爾器件失調(diào)和1/f噪聲,并顯著提高了霍爾器件電流靈敏度。一方面,電流模式的霍爾器件靈敏度比電壓模式高出一倍,該工作模式能有效改善了垂直型霍爾器件的靈敏度低的缺點;另一方面四相旋轉(zhuǎn)電流技術(shù)能更有效消除垂直型霍爾器件失調(diào)和1/f噪聲。本文設(shè)計了一種基于電流模式的四相旋轉(zhuǎn)電流電路,不僅將霍爾器件電流靈敏度提高了1倍,達(dá)到0.054T-1,而且可以有效輸出霍爾電流,獲得低的殘余失調(diào)。第三,設(shè)計了一種帶有負(fù)反饋調(diào)制功能的信號調(diào)理電路,降低信號調(diào)理電路的失調(diào)。垂直型霍爾傳感器失調(diào)來源于垂直型霍爾器件自身失調(diào)和信號調(diào)理電路的失調(diào)。本文設(shè)計了一種基于負(fù)反饋原理的調(diào)制電路,將信號調(diào)理電路的輸出電壓進(jìn)行調(diào)制,然后與旋轉(zhuǎn)電流電路的輸出信號一起送入差分-差分放大器,再通過雙相關(guān)采樣解調(diào)和低通濾波處理,最終恢復(fù)出霍爾信號并消除霍爾器件與信號調(diào)理電路的失調(diào)。使用Cadence工具仿真了垂直型霍爾傳感器整體電路功能,電路最終殘余失調(diào)僅為0.3mT,線性度99.9%;設(shè)計了整體電路版圖并完成了后仿真,版圖面積為1250μm×1010μm。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 伍鳳娟;劉樹林;楊波;;基于Verilog-A語言的霍爾元件仿真模型的建立[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2018年01期

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本文編號：2567612