磁性传感器是无接触摇杆等应用中的重要组成部分,通过对磁场方向和强度进行测量而实现对于物体距离、位移、角度的判断。相比于其他类型的磁性传感器,霍尔传感器具有稳定性高、价格低、结构简单、与CMOS工艺兼容性好等优点,并不断向着高灵敏度、低功耗、低失调的方向继续发展,而国内对于霍尔传感器的研究起步较晚,尤其是在三轴霍尔传感器的研究方向上有待提出更多的设计方案。本文的主要工作内容如下:(1)构建水平型霍尔传感器有限元模型。对工作在电流偏置模式下的水平型霍尔传感器进行研究,并借助COMSOL Multiphysics软件建立霍尔器件有限元分析模型,对正方形、矩形、正十字形、正八边形等多种不同器件结构方案进行仿真分析和性能对比,探索出当器件宽长比W/L为0.55时为最合适的设计方案,并得到161.6V/A/T的电流相关灵敏度和0.061V/V/T的电压相关灵敏度。(2)建立水平霍尔传感器电路模型并针对输出信号设计一套完整的器件接口电路。根据有限元仿真过程中所设计正十字形霍尔传感器实际结构建立了相应的电路模型,通过Verilog-A语言进行器件电路模型描述,与整体传感器测量电路相结合,实现了电路功能的仿真和验证对霍尔信号进行放大处理,并基于电流旋转电路实现了对于霍尔器件自身失调误差的有效消除。(3)提出一种新型基于磁集中器的三轴霍尔传感器实现方法,通过在霍尔器件输出信号处理过程中引入磁场放大系数,实现了仅依靠水平型霍尔器件完成对于三轴磁场的测量,并且相较于传统结构精简了作为参考磁极的永磁体。本文在水平型霍尔器件有限元模型的基础上创新性地构建基于磁集中器的三轴霍尔传感器有限元模型,对磁场放大系数进行深入仿真探究,并通过有限元仿真对多个传感器性能影响因素进行对比分析,最终设计出最合适的基于磁集中器的三轴传感器结构方案,并在有限元仿真中对磁场倾角分别得到了0.8°和1.2°的精确度。除此之外,亦期望通过该有限元仿真模型的实现过程为读者提供一种通用性的多物理场系统设计方法和思路。