论文部分内容阅读
霍尔传感器由于其有结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1MHz),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀等优点,被广泛应用于测量、工业自动化、通信以及家电等行业。本文的主要工作是采用两种工艺(无锡尚华0.5umCMOS和德国XfabO.18umCMOS)设计片上一体化微型霍尔传感器,目标产品将应用于微型无刷直流电机中检测磁场翻转并给线圈提供电流。论文详细介绍了整个片上一体化微型霍尔传感器的设计、仿真、测试过程,其过程包括传感器件的设计和仿真模拟,电路设计和仿真,版图设计,流片、测试。在设计过程中,首先对霍尔传感单元霍尔盘的原理、性能及实现方案进行详细介绍、分析与设计,在此基础上用SILVACO TCAD工具对其工作状况按照设计工艺进行仿真模拟,依据模拟数据结果建立电路仿真模型,用于电路设计与仿真。然后对电路设计主要原理进行分析,着重介绍了电路设计中主要难点：微弱信号放大与失调消除的多种方法,并进行比较,为后续电路设计提供理论依据。霍尔电路设计前,先对霍尔传感器整体架构以及功能进行介绍,根据本设计的实用范围设定性能参数,针对设计要求按照模块划分对进行电路设计。对各模块具体性能以及方案进行介绍并比较其优缺点,依据设计需求选取实现方案并进行设计仿真。在各模块仿真完成后,将电路进行整体仿真验证。设计仿真通过后,进行版图设计与布局分析。最后进行了芯片测试方案设计,并搭建测试环境。本项目用无锡尚华0.5umCMOS和德国XfabO.18umCMOS工艺各进行一次流片。得到芯片后将裸片绑定在PCB板上进行测试,对测试结果进行评估,根据评估结果提出改进意见。芯片第二次流片(德国XfabO.18umCMOS)测试结果基本符合设计要求,实现了功率输出调整、磁场检测等功能。流出芯片大小为0.8mm*0.6mm,与其他霍尔传感器相比,有体积小、成本低的优点,达到国际先进水平。