一种高灵敏度的开关型CMOS霍尔磁场传感器.pdfVIP

94 传感器与微系统 (TransducerandMicrosystemTechnologies) 2010年 第29卷 第 l1期 设l(} ～计 ～ 与 一 制 {)造 一 种高灵敏度的开关型 CMOS霍尔磁场传感器 阮伟华 (南京工业职业技术学院 电气与电子工程学院，江苏 南京 210046) 摘 要 ：介绍了一种基于CSMC0．5mCMOS工艺设计的高灵敏度集成开关型霍尔传感器。该传感器包 括一个十字型霍尔器件和一个采用动态失调相消技术的信号调理电路。通过优化霍尔器件的结构和采用 一 种新型的信号调理电路，使霍尔传感器得到很高的灵敏度。TCAD器件仿真和Cadence电路仿真表明： 在3V的工作电压下，该传感器能检测最小2mT的磁场，输出标准的数字信号，并能消除霍尔器件内部高 达 6mV以上的失调电压 。 关键词 ：霍尔失调；高灵敏度；霍尔传感器；旋转电流法 中图分类号：TP212．3 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2010)1l O94_1D4 A high sensitivityswitchedCM OSmagneticHallsensor RUAN Wei．hua (DepartmentofElectricalandElectronicsEngineering，NanjingInstituteof IndustryTechnology，Nanjing210046，China) Abstract：A high sensitivity integrated switchedHallsensorbasedon CSMC 0．5 Ixm CMOS technology is introduced．Thesensolconsistsofacross—shaped Halldeviceand asignalconditioningcircuitdynamic offset cancellationtechnique．ByoptimizingthestructureofHalldeviceandapplyinganovelsignalconditioningcircuit， thesensorachievesahighsensitivity．TCADsimulationandCadencecircuitsimulationshowthesensorcandetect minimum magneticfieldof2mTandoutputstandarddigitalsignalunder3Vworkingvoltage．Meanwhile，theoffset voltageofmorethan6mV insideHalldevicecanbeeffectivelycancelled． Keywords：Halloffset；highsensitivity；Hal1sensor；spinningcurrentmethod 0 引 言 对霍尔传感器输出的电流进行正交电流旋转，将霍尔 QJ器 近十年来，CMOS集成霍尔传感器 (ICHallsensors)因 件输出信号分解为极性发生变化的霍尔信号和极性始终保 其体积小、功耗低、响应快、抗干扰能力强等诸多特点，在工 持不变的失调信号。再通过采样保持和相加电路将失调信 业 、通讯、交通及仪器制造等领域获得了广泛的应用。但由 号动态的消除。准斩波技术不但能消除霍尔器件产生的失 标准CMOS工艺生产的集成霍尔传感器由于受到工艺的限 调和低频噪声 ，而且能有效地消除信号调理电路中放大器 制产生的霍尔信号非常微弱。通常在 5mT微弱磁场下产 自身的失调。 生的霍尔电压只有几百微伏到几毫伏左右