传感器作为物联网应用的感知元件,广泛应用于工业生产、日常生活等各个领域,而霍尔传感器凭借其独有的特点和出色的性能,可直接或间接应用于各种检测系统中,在国内外拥有巨大的市场前景。随着终端产品应用的不断发展,霍尔传感器在未来趋于微型化、智能化、集成化,并且需要具备低噪声、低温漂和高灵敏度等特点,这对霍尔传感器的设计提出了更高的要求。本文在目前霍尔传感器技术的基础上,以降低传感器整体噪声为目标,实现了一款具有低噪声性能的线性霍尔传感器,集成高灵敏度的霍尔盘和低噪声接口读出电路,并完成流片验证。本文的主要研究成果与创新点如下:1.针对霍尔元件和放大器存在失调电压和1/f噪声的问题,本文在传统仪表放大器结构的电路上进行改进,结合正交旋转电流法和斩波稳定技术消除霍尔元件与读出电路存在的失调电压和1/f噪声。设计一种低噪声的接口读出电路,通过前置放大器、可变增益放大器级联的结构实现霍尔小信号电压的精确放大,通过调制电路、斩波放大器和开关电容陷波滤波器实现斩波技术,从而降低传感器整体的噪声。2.针对霍尔传感器灵敏度随温度变化的问题,提出一种用于霍尔元件偏置电流温度补偿的方法,以降低霍尔盘的温漂系数;设计一种分段温度线性插值方法,根据传感器灵敏度温漂的测试结果,对读出电路的增益系数进行修正,保证整个工作温度范围内传感器的稳定性。3.为实现霍尔传感器灵敏度和静态输出电压可调,提出在芯片内部集成EEPROM存储阵列,并设计稳定可靠的编程逻辑,合理安排存放读出电路的增益设置系数以及输出共模电压的设置系数,提供多种灵敏度和静态输出电压选择。4.针对电源和地线引入的噪声问题,提出一种采用正负电源供电且具有高电源抑制比的稳压电路,为芯片内部其他电路模块提供稳定的电源;设计一种低噪声、低温漂Brokaw结构的带隙基准电路,提供精准的参考电压值;设计带迟滞量的UVLO和POR电路防止电源变化对芯片造成的损害。基于以上研究工作,本文的低噪声线性霍尔传感器IC设计采用0.18μm 60V BCD工艺,使用Cadence软件完成电路设计、仿真、版图布局布线,最终完成流片以及样片测试。仿真及测试结果表明,该设计在±15V电源供电下,功耗大约15m A,可编程的灵敏度范围为0.6～14.8m V/G,在典型应用条件下,整个带宽内输出噪声电压峰峰值为6.2m V,通过温度补偿后,传感器灵敏度在-40oC～150oC的工作温度范围内偏差小于±3%。因此,本文所设计的低噪声线性霍尔传感器IC可应用于高精度的磁场测量场合中。