宽温区开关型霍尔磁敏传感器芯片的设计

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传感器技术作为现代信息社会的三大支柱技术,被广泛地应用于国民经济的各个领域,霍尔磁传感器是其中应用非常广泛的一类。本文设计一种可用于汽车等恶劣环境下的开关型霍尔集成式磁传感器芯片。它通过内置霍尔片上,将作用于芯片上的外界磁场信号转换为电信号。处理该信号后,能输出周边有无磁场存在的明确信息。 本论文工作是在分析比较和参考了多款国外类似芯片的基础上,取长补短,改造了Honeywell一款芯片,才形成了具有自己设计特色的芯片。又根据国内现有的工艺条件,在深刻理解电路原理条件下,重新调整了各元件参数、修改了局部电路的结构;并在Candence的环境下进行功能仿真和设计了该霍尔IC的版图。 本设计采用国内4.0 μm双极型工艺。芯片主要有五个部分,即信号检测部分、放大电路、迟滞比较电路、输出级电路和温度补偿电路。重点解决:考虑实际霍尔片中几何修正因子存在时,霍尔元件图形的确立及优化;失调电压消除方法的选择;微电压放大器及迟滞比较器的设计;宽温区的温度补偿以及保障工作点在整个温度范围内的稳定问题等。论文分别以上面的顺序介绍所做的工作,给出了仿真结果和最终的版图。 本论文的创新点是:(1)较全面地介绍了车用霍尔传感器中霍尔片设计的技术关键,给出了理论计算方法。并且通过反向解剖Honeywell芯片,验证了我们所给出的理论计算方法的正确性;(2)改进了稳压源电路的形式,进一步提高了稳压源的精度;(3)分析了两种不同温度补偿方法的优缺点,选择了变增益放大器的正温度系数和霍尔电压负温度系数相补偿的方法来解决宽温区工作问题,突破了一般集成电路只能工作在125℃的限制,使电路工作温度可达150℃。
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