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基于硅的半导体磁敏传感器可以直接应用于测量磁场强度的各种磁场计,和读出磁介质上信息的各类磁头;也可以间接应用于把磁场作为媒介用来探测非磁信号的测量器件,如无接触开关、无触点电位器、电流计、功率计等。传统的磁敏传感器多为分立器件,采用焊接的方式将磁敏传感器和系统电路结合在一起。这种方式不能实现传感器与信号处理电路的单芯片集成,难以实现器件的微型化、系统化和智能化。 本论文主要的研究内容为磁敏线阵列传感器集成电路芯片。该芯片采用标准CMOS集成电路工艺制造,将磁敏传感器阵列与信号处理电路系统集成在同一芯片上,可以实现传感器的SOC(Systemon Chip)和智能化(Smart Sensor)设计。在芯片中的磁敏传感器单元采用扇形分裂漏MOSFET磁敏晶体管(扇形MAGFET),直接将磁信号转化为电流信号输出。扇形结构的MAGFET器件是首次被提出,新结构提高了MAGFET器件的灵敏度。通过建立扇形MAGFET器件的灵敏度模型,优化了器件设计。信号处理电路系统中的磁信号预处理电路模块将MAGFET输出的电流信号放大,并转换成电压信号输出;同时数字控制电路切换磁信号预处理电路模块,实现磁信号感应和磁信号屏蔽。信号处理电路系统中的相关二次采样(Correlated Double Sampling,CDS)电路模块,可以有效降低传感信号的固定模式噪声(Fixed Pattern Noise,FPN)。信号处理电路系统中的动态范围自动调整电路模块,可以有效扩大传感器的测试范围。整个系统在数字控制电路的控制下工作,实现了磁敏传感器与信号处理、控制电路的兼容集成。 本论文研制的扇形MAGFET器件的电流灵敏度高达3.77%/T,高于已报道的传统矩形器件研究水平。芯片电路系统的磁场灵敏度为98.5mV/(us·T),被测磁场动态范围:0.01T~2T。芯片中的一些电路功能模块都是首次被应用于磁敏传感器集成电路芯片,芯片具有一定的设计创新性。