巨磁阻传感器的温度补偿电路系统设计

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巨磁阻(Giant Magneto Resistance:GMR)传感器在工业控制、汽车电子、医疗以及环境监测等领域发挥着举足轻重的作用,特别是其具有精度高、灵敏度高、能耗低等诸多优点,成为当今较为常用的磁敏传感器。但其灵敏度随着温度的变化而变化,很大程度上限制了GMR传感器在温度不稳定环境中的应用。为了扩大GMR传感器的应用范围,提升GMR传感器的测量精度,所以对GMR传感器的灵敏度进行温度补偿显得尤为重要。本文从自旋阀GMR传感器的结构及原理出发,介绍了其温度特性以及温度与灵敏度的特性方程。通过研究传感器补偿方法提出了基于标准CMOS工艺的数模混合集成电路补偿方案。本系统包括自旋阀传感器模型、温度传感电路、数据转换电路(ADC)、仪表放大器、单位反相放大器电路、可编程电阻阵列。通过感温模块感测环境温度的变化,再由数据转换器将感温模块输出的电压信号转换成数字信号并控制可编程电阻阵列,从而去改变仪表放大器的增益,以实现补偿巨磁阻传感器输出的目的。建立了典型的自旋阀GMR传感器的SPICE模型,电路系统采用CSMC Mix Signal 0.5um工艺。在5V供电电压下,对整个电路系统进行了仿真,结果表明,在-40~80℃的温度范围内,补偿前自旋阀传感器的灵敏度温漂系数为/2498ppm℃,而补偿后传感器灵敏度温漂系数为/678ppm℃,从结果上看达到了很好的补偿效果。虽然补偿方法及补偿结果具有专用性,但是整个补偿思路以及电路系统构架对GMR传感器具有一定的通用性。
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