文档介绍：复旦大学
硕士学位论文
低功耗霍耳传感器的研究设计
姓名:刘红霞
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:俞军;陈启康
20051108
中文摘要磁场力作用下在金属或通电半导体中将产生霍耳效应,其输出电压与磁场强度成正比。,直到世纪年代末期,随着固态电子技术的发展,霍耳效应才开始被人们所应用。随着技术的发展,使得成本低、质量好、性能可靠、体积小等多种优点的霍耳传感器在汽车、工业及计算机外设方面得到了广泛的应用,目前正以每年%的速度增长。同时由于集成电路制造技术的发展,芯片的速度和集成度不断提高,功耗密度显著增大,为了延长手持设备中电池的使用时间、降低芯片的封装及散热成本,必须在芯片设计时特别考虑功耗因素。目前市场上的主流产品都是国外的,国内从事相关研究的单位也十分少,所以低功耗霍耳传感器有着重要的研究意义。本论文首先介绍了霍耳传感器的发展以及市场需求,根据系统应用的需要给出其设计指标,并给出了本芯片的低功耗的设计方法;然后简单介绍霍耳效应的原理并阐述引起霍耳传感器偏置的一般原因,分别从电路设计方面采用旋转电流即霍耳电流从霍耳器件的四个方向依次流过取其平均值的方式和版图设计方面采用正交耦合的两个霍耳器件以及度角的布局等提出了解决方案,通过流片验证了部分设计并和工艺讨论提出更改意见;然后着重于介绍芯片整体架构和模块的划分,主要功能模块的设计,特别是斩波放大器以及迟滞比较器的设计,使本芯片具有高的温度稳定性和精确的迟滞开关点,工作时与磁场极性无关同时满足低功耗的需求;最后在华虹的工艺上设计实现。关键字:低功耗,霍耳效应,霍耳传感器
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第一章霍耳传感器概述§霍耳传感器的发展§应用及其需求点的霍耳传感器在汽车、工业及计算耄设方面得到了广泛的应用。霍耳传感器这一章首先讲述了目前市场上霍耳传感器的一些概况及应用,使读者对其有一个宏观的了解;接下来总结当今市场上主流产品的优缺点,由此决定选题和研究方向;最后结合当今发展趋势和我国的研究情况指出论文研究的必要性和重要意义以及论文的主要研究内容。在磁场力作用下,在金属或通电半导体中将产生霍耳效应,其输出电压与磁场强度成正比。尽管人们早在年就知道了霍耳效应,但直到世纪年代末期,随着固态电子技术的发展,霍耳效应才开始被人们所应用。它的发展大体上经历了三个阶段。世纪年代诞牛的第一代霍耳传感器,由于霍耳平面及运放的电压偏置误差,要达到预期的特性,其生产成本将是很高的,传感器生产运用了各种模拟屯路技术来降低生产成本。世纪年代中期,出现了第二代霍耳传感器。虽然它在晶片探测器上引用了有效的调谐技术消除了原来的电压偏移误差,但是,压敏效应产牛的新的电压偏移误差又成了难题。技术的发展,使霍耳传感器的发展进入了一个新的阶段。虽然采用斩波器与四重开关稳定性处理的方法,可减小电压偏置与漂移,但却会使成本大大提高。直到制造水平可将众多逻辑门、开关和其它有效元器件集成到一块芯片上,霍耳传感器才变得经济实用了。随着技术的不断发展,出现了具有成本低、质量好、性能可靠、体积小等多种优点的霍耳传感器。可以说,正是技术的发展极大地推动了霍耳传感器行业的发展。随着技术的发展,使得成本低、质量好、性能可靠、体积小等多种优的市场销售额目前正以每年%的速度增长,预计到年,其市场销售总额将达到万美元,总产量将达到亿只,其中尤以汽车、工业及计算机外设方面应用最为广泛。促成这种增长的因素是多方面的。其中,最主要的原因之一就是芯片集成技术的发展,它减少了电压偏置与漂移问题。另外一个原因是霍耳传感器比现在颇具竞争力的光电技术更能较好地适用于一些较恶劣的环境,
§研究的现实意义如:在受灰尘、温度、振动及其它与环境相关因素影响的场合。移动设备和汽车行业将是霍耳传感器用量最大的行业,而且用途也十分广泛,如检测齿轮齿速、油门位置、尾气再循环阀位置、马达与传动的速度和位置、用于防锁闸和牵引系统的车轮速度传感器、脚踏板、座椅安全带、刹车与离合器的位置、车锁、车窗及油耗等诸多方面。在齿轮轮速检测方面,霍耳传感器正以其低廉的成