BG111370A

BG111370A - Integral two-axial magnetometer

Info

Publication number: BG111370A
Application number: BG111370A
Authority: BG
Inventors: Чавдар РУМЕНИН; Светослав НОЙКОВ; Сия ЛОЗАНОВА
Original assignee: Институт По Системно Инженерство И Роботика-Бан
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-30
Also published as: BG66646B1

Abstract

The integral two-axial magnetometer sensor includes a sensor of the Hall and an interface block-scheme, as the sensor of the Hall contains a solid-state substrate (1) p-type conductivity, on one side of which is formed deep and narrow n-type ring structure (2) with a circular shape. On the upper side of the n-ring (2) is formed by the chain located at equal distances from each other 2 k of number of contacts to n-type conductivity, where k is an integer. The three contact (4, 5 and 6), respectively (23, 24 and 25) have power, as the first (4 or 23) and the third (6 or 25) are both starting. In the same freight value resistors (8 and 9), first contact (4 or 23) and the third contact (6 or 25) are associated with one conclusion of the current source (3), the conclusion of which is incorporated with the second power contact (5 or 24). Interface block-scheme contains a measuring amplifier (15), whose input is connected through two multiplexer (10 and 12) with the output contacts of the currently active switch (20) Hall sensor. Interface block-scheme contains another three multiplexors (10, 11 and 12), each with 2 k of number of inputs; stroke generator (13), managing synchronous operation of all modules of the scheme; frequency divider (18), managing counters (14 and 19), which by means of the switch (20) are associated with multiplexors (10, 11 and 12). Counters (14 and 19) are set to the number of synchronous with the difference between the 2 k/4 n-type ohm contact, forming two or three contact Hall sensors (4-5-6 and 23-24-25) located relative to one another on the n-ring 90 degrees angle. The step of moving so separate two three contact Hall sensors (4-5-6 and 23-24-25) in circular n-ring is a contact angle between them always left 90 degrees. The switch (20) is operated with a higher frequency than twice the clock speed of the counters (14 and 19), including successive exits at both the meter to control entrances to multiplexors (10, 11 and 12) at each fixated State of counters (14 and 19). The output of the amplifier (15) was incorporated with the two entrances of dual channel tracking-catchy scheme (16) operated by the decoder (21). The exits of the scheme (16) are outputs (17 and 22) the integral two-axle magnetometer.

Description

ИНТЕГРАЛЕН ДВУОСЕН МАГНИТОМЕТЪРINTEGRAL TWO-AXIS MAGNETOMETER

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАFIELD OF THE INVENTION

Изобретението се отнася до интегрален двуосен магнитометър, приложимо в областта на, контролно-измервателната техника, слабополевата магнитометрия, микро- и нано-технологиите, навигацията, сензориката и сензорната електроника, безконтактната автоматика, енергетиката, военното дело и сигурността, и др.The invention relates to an integrated biaxial magnetometer, applicable in the field of control and measurement equipment, low-field magnetometry, micro- and nano-technologies, navigation, sensor and sensor electronics, contactless automation, energy, military and security, and others.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е интегрален двуосен магнитометър, обхващащ сензор на Хол и интерфейсна блок-схема. Сензорът на Хол съдържа полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока и тясна п-тип рингова структура с циркулярна форма. Върху горната страна на л-ринга е формирана верига от разположени на равни разстояния един от друг 2^к на брой контакти с п-тип проводимост, където*Л*е цяЬойисло. Всеки от контактите може да бъде в едно от следните три положения - или да е свързан със захранващ токоизточник, или да е включен към интерфейсна блоксхема, или да е висящ. Във всеки момент само един сегмент от циркулярната верига, съдържащ пет последователно разположени п-тип контакти е активен, докато останалите 2^к - 5 контакти са висящи. Този петконтактен сегмент формира сензор на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващ радиално магнитно поле, лежащо в равнината на р-тип подложката с п-ринга и състоящ се от един централен захранващ контакт, от двете му страни са разположени по един изходен контакт, до които се намират по един захранващ външен контакт, свързани едновременно с единия извод на токоизточника, а другият извод - с централния захранващ п-контакт. Интерфейсната блок-схема съдържа пет мултиплексора, всеки от които е с 2^к на брой входове; тактов генератор, управляващ мултиплексорите с фиксирана работна честота; брояч, свързан с мултиплексорите; измервателен усилвател, на който входът е свързан през съответни два мултиплексора с изходните контакти на сензора на Хол, изходът на усилвателя е свързан с входа на нискочестотен филтър, изходът на който е изход на интегралния двуосен магнитометър като стъпката на преместване на обособения петконтактен сензор на Хол по циркулярния п-ринг е един контакт, [1]·An integrated biaxial magnetometer comprising a Hall sensor and an interface block diagram is known. The Hall sensor contains a semiconductor substrate with p-type conductivity, on one side of which a deep and narrow p-type ring structure with a circular shape is formed. On the upper side of the l-ring is formed a chain of equidistant 2 ^k contacts with n-type conductivity, where * L * is the whole. Each of the contacts can be in one of the following three positions - either connected to a power supply, or plugged into an interface block, or hanging. At any one time, only one segment of the circular circuit containing five consecutively arranged n-type contacts is active, while the other 2 ^k - 5 contacts are hanging. This five-contact segment forms a Hall sensor with a parallel axis of sensitivity, measuring a radial magnetic field lying in the plane of the p-type substrate with the p-ring and consisting of a central supply contact, on both sides of which are located one output contact, next to which there is one supply external contact, connected simultaneously with one terminal of the current source, and the other terminal - with the central supply n-contact. The interface block diagram contains five multiplexers, each of which has 2 ^k number of inputs; a clock generator controlling the multiplexers with a fixed operating frequency; counter connected to multiplexers; measuring amplifier, the input of which is connected through two respective multiplexers to the output contacts of the Hall sensor, the output of the amplifier is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is the output of the integrated biaxial magnetometer. on the circular p-ring is one contact, [1] ·

Недостатък на този интегрален двуосен магнитометър е понижената измервателна точност поради използване само на една експериментално получена стойност за магнитния вектор при пълно сканиране на 360 градуса на всичките периферни п-контакти.A disadvantage of this integrated biaxial magnetometer is the reduced measurement accuracy due to the use of only one experimentally obtained value for the magnetic vector in a full 360-degree scan of all peripheral n-contacts.

Недостатък е също ниската надеждност, свързана с евентуално влошено качество и/или дефектиране на един или повече от разположените по п-ринга омични контакти с п-тип проводимост, водещо до подаване на грешна информация от сензора на Хол към интерфейсния блок.Another disadvantage is the low reliability associated with possible deterioration and / or defect of one or more of the p-type ohmic contacts located in the ring, leading to the supply of incorrect information from the Hall sensor to the interface unit.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОSUMMARY OF THE INVENTION

Задача на изобретението е да се създаде интегрален двуосен магнитометър с повишена измервателна точност и висока надеждност.The objective of the invention is to provide an integrated biaxial magnetometer with increased measurement accuracy and high reliability.

Тази задача се решава с интегрален двуосен магнитометър, обхващащ сензор на Хол и интерфейсна блок-схема. Сензорът на Хол съдържа полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока и тясна п-тип рингова структура с циркулярна форма. Върху горната страна на п-ринга е формирана верига от разположени на равни разстояния един от друг 2^к на брой контакти с п-тип проводимост, където к е цяло число. Във всеки момент само един сегмент от циркулярната верига, съдържащ три последователно разположени п-тип контакти първи, втори и трети е активен, докато останалите 2^к - 3 контакти са висящи. Този триконтактен сегмент формира сензор на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващ радиално магнитно поле, лежащо в равнината на ртип подложката с п-ринга. Трите контакта са захранващи като първият и третият са едновременно и изходни като през еднакви по стойност товарни резистори първият и третият контакти са свързани с единия извод на токоизточник, другият извод на който е съединен’0’вТОрия -захранвай! жхЩдакт. Интерфейсната блок-схема съдържа три мултиплексора, всеки от които е с 2^кна брой входове; тактов генератор, управляващ синхроннно работата на всички модули на схемата; делител на честота, управляващ два брояча, които посредством комутатор са свързани с мултиплексорите. Броячите са настроени да броят синхронно с разлика помежду си 2^к/4 п-тип омични контакта, формирайки два триконтактни сензори на Хол, разположени един спрямо друг по //-ринга на ъгъл 90 градуса. Стъпката на преместване на така обособените два триконтактни сензора на Хол по циркулярния и-ринг е един контакт, като ъгълът между тях винаги остава 90 градуса. Комутаторът се управлява с два пъти по-висока честота от тактовата честота на броячите, включвайки последователно изходите и на двата брояча към управляващите входове на мултиплексорите при всяко фиксирано състояние на броячите. Интерфейсният блок-схема съдържа още измервателен усилвател, на който входът е свързан през два мултиплексора с изходните контакти на активирания в момента от комутатора сензор на Хол, който е единият от двата сензора, адресирани от двата брояча. Изходът на усилвателя е съединен с двата входа на двуканална следящо-запомняща схема, управлявана от декодер, като изходите на следящозапомнящата схема са изходи на интегралния двуосен магнитометър.This problem is solved with an integrated biaxial magnetometer comprising a Hall sensor and an interface block diagram. The Hall sensor contains a semiconductor substrate with p-type conductivity, on one side of which a deep and narrow p-type ring structure with a circular shape is formed. On the upper side of the p-ring is formed a chain of equidistant 2 ^k contacts with p-type conductivity, where k is an integer. At any one time, only one segment of the circular circuit containing three consecutively arranged n-type contacts, first, second and third, is active, while the other 2 ^k - 3 contacts are hanging. This three-contact segment forms a Hall sensor with a parallel axis of sensitivity, measuring a radial magnetic field lying in the plane of the rtip pad with the p-ring. The three contacts are power supply and the first and the third are both output and through the same value load resistors, the first and third contacts are connected to one terminal of the current source, the other terminal of which is connected. жхЩдакт. The interface block diagram contains three multiplexers, each of which has 2 ^k number of inputs; a clock generator that synchronously controls the operation of all modules of the circuit; a frequency divider controlling two counters which are connected to the multiplexers by means of a switch. The counters are set to count synchronously with a difference of 2 ^k / 4 p-type ohmic contacts, forming two three-contact Hall sensors, located relative to each other in the // - ring at an angle of 90 degrees. The step of moving the two separate three-contact Hall sensors along the circular i-ring is one contact, and the angle between them always remains 90 degrees. The switch is controlled at twice the clock frequency of the counters, by connecting the outputs of both counters in series to the control inputs of the multiplexers at each fixed state of the counters. The interface block diagram further comprises a measuring amplifier, the input of which is connected via two multiplexers to the output contacts of the switch-activated Hall sensor, which is one of the two sensors addressed by the two counters. The output of the amplifier is connected to the two inputs of a two-channel memory-memory circuit controlled by a decoder, and the outputs of the memory-memory circuit are outputs of the integrated biaxial magnetometer.

Предимство на интегралния двуосен магнотометър е повишената 2К _{х х} .. сигнала, получени съответно от 2^К на брой еднотипни двуосни магнитометъра, вместо използване само на една експериментално получена стойност за магнитния вектор при пълното сканиране на всичките периферни //-контакти.An advantage of the integrated biaxial magnetometer is the increased 2K _{x x} .. signals obtained by 2 ^K of the same type of biaxial magnetometer, instead of using only one experimentally obtained value for the magnetic vector in the full scan of all peripheral // - contacts.

Предимство е също високата надеждност поради наличие на 2^К сигнала, получени от 2^К на брой виртуално формирани еднотипни двуосни магнитометъра, в отличие от едно измерване от един магнитометър, както е в известното решение.Another advantage is the high reliability due to the presence of 2 ^K signals received from 2 ^K of a number of virtually formed one-type biaxial magnetometers, in contrast to one measurement from one magnetometer, as in the known solution.

Предимство е още високото бързодействие в сравнение с известния двуосен магнитометър, тъй като при всеки такт на броячите се получава информация за ъгъла и двете компоненти на вектора на магнитното поле, лежащо в равнината на //-тип подложката.Another advantage is the high speed compared to the known biaxial magnetometer, because with each clock of the counters information is obtained about the angle and both components of the vector of the magnetic field lying in the plane of the // - type substrate.

ОПИСАНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИDESCRIPTION OF THE ATTACHED FIGURES

По-подробно изобретението се пояснява с приложената Фигура, представляваща едно негово примерно изпълнение.The invention is explained in more detail with the attached Figure, representing one embodiment thereof.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТОEXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

Интегралният двуосен магнитометър обхваща сензор на Хол и интерфейсна блок-схема. Сензорът на Хол съдържа полупроводникова подложка 1 с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока и тясна //-тип рингова структура 2 с циркулярна форма.Върху горната страна на //-ринга 2 е формирана верига от разположени на равни разстояния един от друг 2^к на брой контакти с п-тип проводимост, където к е цяло число. Във всеки момент само един сегмент от циркулярната верига, съдържащ три последователно разположени п-тип контакти пърбй 4,· втори· £-и треГи. fx .(или първи 23, втори 24 и трети 25) е активен, докато останалите 2^к - 3 контакти са висящи. Този триконтактен сегмент формира сензор на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващ радиално магнитно поле 7, лежащо в равнината на р-тип подложката 1 с п-ринга 2. Трите контакта 4, 5 и 6 (съответно 23, 24 и 25) са захранващи като първият 4 (или 23) и третият 6 (или 25) са едновременно и изходни като през еднакви по стойност товарни резистори 8 и 9 първият 4 (или 23) и третият 6 (или 25) контакти са свързани с единия извод на токоизточник 3, другият извод на който е съединен с втория захранващ контакт 5 (или 24). Интерфейсната блок-схема съдържа три мултиплексора 10, 11 и 12, всеки от които е с 2^к на брой входове; тактов генератор 13, управляващ синхроннно работата на всички модули на схемата; делител на честота 18, управляващ броячите 14 и 19, които посредством комутатор 20 са свързани с мултиплексорите 10, 11 и 12. Броячите са настроени да броят синхронно с разлика помежду си 2^к/4 п-тип омични контакта, формирайки два триконтактни сензора на Хол 4-5-6 и съответно 23-24-25, разположени един спрямо друг по п-ринга на ъгъл 90 градуса. Стъпката на преместване на така обособените два триконтактни сензори на Хол 4-5-6 и 23-24-25 по циркулярния п-ринг е един контакт, като ъгълът между тях винаги остава 90 градуса. Комутаторът 20 се управлява с два пъти по-висока честота от тактовата честота на броячите 14 и 19, включвайки последователно изходите и на двата брояча към управляващите входове на мултиплексорите 10, 11 и 12 при всяко фиксирано състояние на броячите 14 и 19. Интерфейсният блок-схема съдържа още измервателен усилвател 15, на който входът е свързан през два мултиплексора 10 и 12 с изходните контакти на активирания в момента от комутатора 20 сензор на Хол, който е единият от двата сензора 4-5-6 или 23-24-25, адресирани от броячите 14 и 19 съответно. Изходът на усилвателя 15 е съединен с двата входа на двуканална следящо-запомняща схема 16, управлявана от декодер 21, като изходите на следящо-запомнящата схема 16 са изходи 17 и 22 на интегралния двуосен магнитометър.The integrated two-axis magnetometer comprises a Hall sensor and an interface block diagram. The Hall sensor contains a semiconductor substrate 1 with p-type conductivity, on one side of which is formed a deep and narrow // - type ring structure 2 with a circular shape. On the upper side of the // - ring 2 is formed a circuit of equal distances from each other 2 ^k per number of contacts with n-type conductivity, where k is an integer. At any one time, only one segment of the circular circuit comprising three consecutively arranged n-type contacts, first, second and third. fx (or first 23, second 24 and third 25) is active while the other 2 ^k - 3 contacts are hanging. This three-contact segment forms a Hall sensor with a parallel axis of sensitivity, measuring a radial magnetic field 7 lying in the plane of the p-type pad 1 with the p-ring 2. The three contacts 4, 5 and 6 (respectively 23, 24 and 25) are power supplies such as the first 4 (or 23) and the third 6 (or 25) are simultaneously output as through the same value load resistors 8 and 9 the first 4 (or 23) and the third 6 (or 25) contacts are connected to one terminal of the current source 3, the other terminal of which is connected to the second supply contact 5 (or 24). The interface block diagram contains three multiplexers 10, 11 and 12, each of which has 2 ^k number of inputs; a clock generator 13, controlling synchronously the operation of all modules of the circuit; a frequency divider 18 controlling the counters 14 and 19, which by means of a switch 20 are connected to the multiplexers 10, 11 and 12. The counters are set to count synchronously with a difference of 2 ^k / 4 p-type ohmic contacts, forming two three-contact sensors. Living room 4-5-6 and respectively 23-24-25, located relative to each other in the p-ring at an angle of 90 degrees. The step of moving the two separate three-contact Hall sensors 4-5-6 and 23-24-25 along the circular p-ring is one contact, and the angle between them always remains 90 degrees. The switch 20 is controlled at twice the clock frequency of the counters 14 and 19, including in turn the outputs of both counters to the control inputs of the multiplexers 10, 11 and 12 at each fixed state of the counters 14 and 19. the circuit further comprises a measuring amplifier 15, the input of which is connected via two multiplexers 10 and 12 to the output contacts of the Hall sensor currently activated by the switch 20, which is one of the two sensors 4-5-6 or 23-24-25, addressed by counters 14 and 19 respectively. The output of the amplifier 15 is connected to the two inputs of a two-channel memory scheme 16 controlled by a decoder 21, the outputs of the memory memory 16 being the outputs 17 and 22 of the integrated biaxial magnetometer.

Действието на интегралния двуосен магнитометър, съгласно изобретението, е следното. При включване на захранващия токоизточник 3, в резултат на структурната симетрия на контакти 4 и 6 по отношение на контакт 5, в така обособения сегмент от циркулярната верига 2 от 2^к контакти протичат два еднакви по стойност и противоположно насочени токови компоненти Ц = |- /₆| , като /₅ = Ц + /₆. Чрез товарните резистори Ri 8 и R₂ 9 се осъществява режим на функциониране генератор на ток, /₅ = const. В частта от ринга 2 между контакти 4 и 6 радиалното магнитно поле В 7, лежащо в равнината на полупроводниковата р-тип подложка 1 под действие на силата на Лоренц F_L = gVdr х В генерира ефект на Хол, където q е товарът на електрона, a V_dr е дрейфовата скорост на основните токоносители, т.е. електроните. В резултат в зоните, където са разположени захранващите/изходните контакти 4 и 6 или 23 и 25 възникват допълнителни противоположни по знак товари, Напрежението на Хол УдХ-в) ^се развива върху контакти 4 и 6 или 23 и 25 т.е. ^23,25(^)- Ето защо така конфигуриран сегментът 4-5-6 или 23-24-25 представлява сензор на Хол с паралелна ос на магниточувствителност. В сравнение с петконтактния Холов елемент от известното техническо решение, триконтактният сензор е със съществено редуцирана преобразувателна ибласт. ·{·! •••помсйцла. на интерфейсната блок-схема се осъществява виртуално движение с фиксирана честота на двата разположени един спрямо друг на 90 градуса триконтактни сензора на Хол по п-ринга 2, зададена от делителя на честота 18, управляван от тактовия генератор 13. Избраната стъпка от един контакт позволява максимално прецизно сканиране в обхвата от 360° по п-ринга 2 за определяне на радиалното магнитно поле В 7, лежащо в равнината на р-подложката и реперния ъгъл на полето ΒΊ в съответната координатна система.The operation of the integrated biaxial magnetometer according to the invention is as follows. When the power supply 3 is switched on, as a result of the structural symmetry of contacts 4 and 6 with respect to contact 5, two identical and oppositely directed current components C = | - / flow ^{in the thus separated segment of the circular circuit 2 of 2 k contacts.} ₆ | , as / ₅ = C + / ₆ . Through the load resistors Ri 8 and R ₂ 9 a current generator operation mode is implemented, / ₅ = const. In the part of the ring 2 between contacts 4 and 6, the radial magnetic field B 7 lying in the plane of the semiconductor p-type substrate 1 under the action of the Lorentz force F _L = gVdr x B generates a Hall effect, where q is the electron load, a V _dr is the drift speed of the main current carriers, ie. electrons. As a result, in the zones where there are power / output contacts 4 and 6 or 23 and 25 result in extra opposite in sign cargo Hall voltage JHU-c) ^developing on the contacts 4 and 6 or 23 and 25 i.e. ^ 23.25 (^) - This is why the segment 4-5-6 or 23-24-25 configured is a Hall sensor with a parallel axis of magnetic sensitivity. Compared to the five-contact Hall element of the known technical solution, the three-contact sensor has a significantly reduced conversion iblast. · {·! ••• revenge. of the interface block diagram there is a virtual movement with a fixed frequency of the two 90-degree three-contact Hall sensors located relative to each other on the ring 2, set by the frequency divider 18 controlled by the clock generator 13. The selected step of one contact allows maximum precise scanning in the range of 360 ° along the ring 2 to determine the radial magnetic field B 7 lying in the plane of the p-pad and the reference angle of the field ΒΊ in the corresponding coordinate system.

Важна особеност на интерфейсната блок-схема е, че за всеки интервал от време, в който изходите на двата брояча 14 и 19 остават фиксирани, се реализират две измервания от два сензора на Хол 4-5-6 и 23-24-25, определени от изходите на броячите. Това се постига с помощта на комутатора 20, който се управлява с два пъти по-висока честота от тактовата честота на броячите. Така се включват последователно изходите и на двата брояча към управляващите входове на мултиплексорите при всяко фиксирано състояние на броячите. Броячите са настроени да броят синхронно с разлика помежду си 274 омични п-тип контакти (съответващо на ъгъл 90 градуса), поради което за всяко фиксирано състояние на броячите двата активирани от тях сензора на Хол (сегментите 4-5-6 и 23-24-25) винаги се намират един спрямо друг на ъгъл 90 градуса по п-ринга. За всяко фиксирано състояние на броячите на изходите на интегралния двуосен магнитометър се получават сигналите на активираните от тях два сензора на Хол 4-5-6 и 23-24-25. По този начин за всеки интервал от време, в който изходите на двата брояча остават фиксирани, се реализира виртуален двукомпонентен магнитометър. Така, за едно пълно сканиране по периферията на п-ринга 2 от 0 до 360 градуса, схемата реализира последователно 2 виртуални двуосни магнитометри, чиито изходни сигнали могат да бъдат измерени. Така се реализират предимствата на новото техническо решение:An important feature of the interface block diagram is that for each time interval in which the outputs of the two counters 14 and 19 remain fixed, two measurements are realized by two Hall sensors 4-5-6 and 23-24-25, determined from the outputs of the counters. This is achieved by means of the switch 20, which is controlled at twice the clock frequency of the counters. Thus, the outputs of both counters are connected in series to the control inputs of the multiplexers at each fixed state of the counters. The counters are set to count synchronously with a difference of 274 ohmic p-type contacts (corresponding to an angle of 90 degrees), so for each fixed state of the counters the two activated by them Hall sensors (segments 4-5-6 and 23-24 -25) are always at an angle of 90 degrees to each other in the p-ring. For each fixed state of the output counters of the integrated biaxial magnetometer, the signals of the two Hall sensors 4-5-6 and 23-24-25 activated by them are received. In this way, for each time interval in which the outputs of the two counters remain fixed, a virtual two-component magnetometer is realized. Thus, for a complete scan on the periphery of the p-ring 2 from 0 to 360 degrees, the circuit realizes 2 virtual biaxial magnetometers, the output signals of which can be measured. This is how the advantages of the new technical solution are realized:

- постигане на висока измервателна точност посредством усредняване на 2^К сигнала, получени съответно от 2^К на брой еднотипни двукомпонентни магнитометъра, в сравнение с известното решение, при което се реализира само едно измерване от един двуосен магнитометър;- achieving high measurement accuracy by averaging 2 ^K signals received respectively from 2 ^K number of one-type two-component magnetometers, compared to the known solution, in which only one measurement from one biaxial magnetometer is realized;

- постигане на висока надеждност, в резултат на 2 сигнала, получени съответно от 2^К на брой еднотипни двуосни магнитометри, в сравнение с известния магнитометър. Ако излезе от строя поради някаква причина един от сензорите, аномалията, причинена от това, може лесно да бъде открита и изолирана благодарение на коректната информация, получавана от останалите изправни виртуални сензори на Хол;- achieving high reliability, as a result of 2 signals received respectively from 2 ^K number of identical biaxial magnetometers, in comparison with the known magnetometer. If one of the sensors fails for any reason, the anomaly caused by it can be easily detected and isolated thanks to the correct information received from the other working virtual Hall sensors;

- постига се високо бързодействие в сравнение с известния двуосен магнитометър, тъй като при всеки такт на броячите е налична нова информация за ъгъла и двете компоненти на вектора на магнитното поле В 7.- a high speed is achieved in comparison with the known biaxial magnetometer, because at each clock cycle new information is available about the angle and both components of the vector of the magnetic field B 7.

Напреженията на изходите V₁₇ 17 и V22 22 на интегралния двуосен магнитометър са две синусоидални функция от номера на стъпката, с фазова разлика 90 градуса.The voltages of the outputs V ₁₇ 17 and V22 22 of the integrated biaxial magnetometer are two sinusoidal functions of the step number, with a phase difference of 90 degrees.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се дължи на оригинално подбраната конфигурация от взаимно разположени на 90 градуса един спрямо друг двойки виртуални триконтактни сензори на Хол например, 4-5-6 и 23-24-25. Фактически крайната*’ийфор.мация·е резултат от данните, получени от множеството двойки синзори на Хол. Такова решение се предлага за първи път в сензориката.The unexpected positive effect of the new technical solution is due to the originally selected configuration of mutually arranged at 90 degrees relative to each other pairs of virtual three-contact Hall sensors, for example, 4-5-6 and 23-24-25. In fact, the final * 'information is the result of data obtained from the multiple pairs of Hall sensors. Such a solution is offered for the first time in sensors.

Предпочитаният полупроводник и технология за реализация на интегралния двуосен магнитометър са силицият и CMOS процесите. Върху общ чип могат да се формират едновременно интегралният магнитометър и интерфейсната блок-електроника. Броят на контактите 2^к върху циркулярния птип ринг е свързан от една страна с възможностите на конкретната разновидност интегрална технология на производство, а от друга логическите елементи, използвани в интерфейсната цифрова електроника. Една оптимална бройка на контактите е 32. Силно редуцираната активна сензорна област на интегралния магнитометър на Хол е предпоставка за бъдещата му нанотехнологична реализация.The preferred semiconductor and technology for the implementation of the integrated biaxial magnetometer are silicon and CMOS processes. The integrated magnetometer and the interface block electronics can be formed simultaneously on a common chip. The number of 2 ^k contacts on the circular ptip ring is connected on the one hand with the capabilities of the specific type of integrated production technology, and on the other hand the logic elements used in the interface digital electronics. An optimal number of contacts is 32. The strongly reduced active sensor area of the integrated Hall magnetometer is a prerequisite for its future nanotechnological realization.

Приложение: една фигураApplication: one figure

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

[1] Р. Kejik, S. Reymond, R.S. Popovic, Circular Hall transducer for angular position sensing, Proc, of the 14^th International Confer, on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Lyon, France, Transducers & Eurosensors '07, 2007, pp. 2593-2596.[1] R. Kejik, S. Reymond, RS Popovic, Circular Hall transducer for angular position sensing, Proc, of the 14 ^th International Confer, on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, Lyon, France, Transducers & Eurosensors '07 , 2007, pp. 2593-2596.

Claims

1. An integrated biaxial magnetometer comprising a Hall sensor and an interface block diagram, the Hall sensor comprising a semiconductor substrate with p-type conductivity, on one side of which a deep and narrow p-type ring structure with a circular shape is formed, on the upper side on the p-ring is formed a chain of equidistant 2 ^k contacts with p-type conductivity, where k is an integer, at any one time only one segment of the circular circuit containing three consecutive p-type contacts first, second and third is active, while the other 2 ^k - 3 contacts are hanging, this three-contact segment forms a Hall sensor with a parallel axis of sensitivity, measuring the radial magnetic field lying in the plane of the p-type pad with the p-ring, the three the contacts are power supply as the first and the third are both output and through the same value load resistors the first and the third contacts are connected to one terminal of the current source, the other terminal of which it is connected to the second power supply contact, the interface block diagram contains a measuring amplifier, to which the input is connected through two multiplexers to the output contacts of the currently activated by the switch Hall sensor, CHARACTERIZED in that the interface block diagram contains three more the multiplexers (10), (11) and (12), each of which has 2 ^k in number of inputs; a clock generator (13) controlling synchronously the operation of all modules of the circuit; a frequency divider (18) controlling the counters (14) and (19), which are connected to the multiplexers (10), (11) and (12) by means of a switch (20), the counters are set to count synchronously with a difference between them 2 ^k / 4 i-type ohmic contacts, forming two three-contact Hall sensors (4-5-6) and (2324-25), located relative to each other in the p-ring at an angle of 90 degrees, the step of moving the two separate three-contact the Hall sensor (4-5-6 and 23-24-25) on the circular i-ring is one contact, the angle between them always remaining 90 degrees, the switch (20) is controlled with twice the clock frequency of the counters (14) and (19), including in series the outputs of both counters to the control inputs of the multiplexers (10), (11) and (12) at each fixed state of the counters (14) and (19), the output of the amplifier (15) is connected to the two inputs of a two-channel tracking circuit (16) controlled by a decoder (21), the outputs of the tracking circuit (16) being outputs (17) and 22 of the integrated biaxial magnetometer.