抽象的

該技術(shù)文章介紹了單片式磁傳感器集成電路（IC），其操作，并說明了其如何使用一種稱為動(dòng)態(tài)正交偏移消除的技術(shù)。偏置電壓及其溫度漂移和產(chǎn)品擴(kuò)散通常會(huì)降低磁性霍爾傳感器IC的零電平穩(wěn)定性和再現(xiàn)性，可以使用單個(gè)霍爾板和用于周期性排列電源和輸出觸點(diǎn)對(duì)的開關(guān)裝置來降低偏置電壓及其溫度漂移和產(chǎn)品擴(kuò)散。本工作描述了具有±0.1 T滿量程的基于斬波器的5 V單片式線性霍爾傳感器IC，其中該動(dòng)態(tài)板偏移消除技術(shù)已與具有成本效益的信號(hào)調(diào)節(jié)器一起使用。該器件使用2 μm常規(guī)BiCMOS工藝和尺寸為1.5×1.5 mm的最終芯片進(jìn)行了集成，圖3顯示了在使用3針?biāo)芰戏庋b進(jìn)行包裝后，殘留偏移量與生產(chǎn)差異以及溫度引起的漂移比當(dāng)前使用的多板DC正交抵消方法小了五到十倍。該設(shè)備不需要外部組件，并且輸出不含HF殘留物。

介紹

整體式磁傳感器IC通常使用Si霍爾元件，該元件易于與放大或處理產(chǎn)生的較低電壓所需的放大器或信號(hào)調(diào)節(jié)器電路集成在一起。霍爾效應(yīng)，其特性和應(yīng)用已在文獻(xiàn)中廣泛討論。可以在Baltes和Popovic的著作中找到許多參考文獻(xiàn)的出色回顧。

最簡(jiǎn)單的霍爾元件使用一塊正方形板，例如采用雙極或BiCMOS工藝制成的Epi-pocket，帶有兩對(duì)正交取向的觸點(diǎn)，如圖1所示。當(dāng)在一對(duì)觸點(diǎn)（例如，a，c）上施加電源電壓Vs時(shí)，垂直于極板的磁通密度B會(huì)在另一對(duì)觸點(diǎn)b，d上產(chǎn)生電壓VH，從而：

其中Sv是每單位電源電壓的霍爾元件靈敏度。VH?B×Vs給出的靈敏度，其中T（特斯拉； 1 T = 1×104高斯）是磁通密度（感應(yīng)）的米·千克·秒（mks）單位，大約是一個(gè)常數(shù)參數(shù)，僅取決于硅層的遷移率以及板和接觸的幾何形狀。Sv的典型值在0.04至0.08之間，這意味著，對(duì)于典型的5V電源和最小磁通密度1 mT，輸出電壓為200至400 μV。

圖1基本霍爾板

在所有直流應(yīng)用中，能夠通過此類極板精確測(cè)量的最小磁通密度取決于B = 0時(shí)極板輸出觸點(diǎn)上出現(xiàn)的偏移電壓Vop。從電氣角度來看，極板會(huì)因電阻而顯示出不可避免的失衡梯度，幾何不對(duì)稱，壓阻效應(yīng)等，產(chǎn)生不可忽略的失調(diào)電壓。由于極板偏移Vop相對(duì)較大，因此對(duì)于5V電源，其偏移范圍可能在0.5至5mV之間，并且取決于溫度，電源電壓和應(yīng)力。已經(jīng)努力消除或最小化其影響。

偏移抵消不能通過像在放大器中使用的那樣的開關(guān)技術(shù)來執(zhí)行，因?yàn)槌饲袛啻艌?chǎng)外，沒有可以將Vop與VH隔離的可用狀態(tài)，這當(dāng)然是不可行的。

注意，從直流的角度來看，霍爾板可以看作是分布式電阻惠斯通電橋。當(dāng)前大多數(shù)商用霍爾傳感器IC通過使用兩個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)互連的板來消除偏移，其中電流方向從一個(gè)板到另一個(gè)板旋轉(zhuǎn)了90°。如果不平衡源保持不變并固定在實(shí)心空間中，則任何一對(duì)板的偏移量將相等，但極性相反，從而實(shí)現(xiàn)所需的消除效果。另一方面，多板裝置的有用信號(hào)保持等于單板的信號(hào)。

替代地，已經(jīng)提出了在通過周期性的供應(yīng)和輸出接觸排列來產(chǎn)生正交狀態(tài)的同時(shí)僅使用一塊板。盡管這種動(dòng)態(tài)失調(diào)消除技術(shù)在霍爾開關(guān)板之后需要更復(fù)雜的信號(hào)調(diào)節(jié)器，但與多板傳感器IC相比，它具有減少殘留失調(diào)及其生產(chǎn)范圍的優(yōu)勢(shì)。在最后一種情況下，由于物理上不同的印版之間的印版偏移不匹配，零電平偏差會(huì)降低。這些失配主要是由與溫度有關(guān)的塑料封裝內(nèi)置應(yīng)力產(chǎn)生的。

這項(xiàng)工作描述了使用動(dòng)態(tài)失調(diào)對(duì)消技術(shù)的5V BiCMOS單片線性霍爾傳感器IC，其中，由具有成本效益的信號(hào)調(diào)節(jié)器來執(zhí)行恢復(fù)有用信號(hào)和消除失調(diào)所需的各種功能。

首選BiCMOS技術(shù)是因?yàn)樗哂泻?jiǎn)單，高增益，開環(huán)放大器，低失調(diào)，精確的溫度編程電路以及低成本的高輸出電流源能力。

編輯：hfy