BG66570B1 - Two-dimensional hall generator - Google Patents
Two-dimensional hall generator Download PDFInfo
- Publication number
- BG66570B1 BG66570B1 BG111067A BG11106711A BG66570B1 BG 66570 B1 BG66570 B1 BG 66570B1 BG 111067 A BG111067 A BG 111067A BG 11106711 A BG11106711 A BG 11106711A BG 66570 B1 BG66570 B1 BG 66570B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- hall
- contact
- multiplexers
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до двумерен преобразувател на Хол, измерващ две от трите взаимно-перпендикулярни компоненти на вектора на магнитното поле, приложимо в областта на контролно-измервателната технология, слабополевата и векторната магнитометрия, микро- и нано-сензориката, роботиката, безконтактната автоматика, позиционирането на обекти в пространството, уредостроенето, военното дело и сигурността, медицината, системното инженерство и др.The invention relates to a two-dimensional Hall transducer measuring two of the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector, applicable in the field of control and measurement technology, low-field and vector magnetometry, micro- and nano-sensors, robotics, non-contact automation of sites in space, instrumentation, military and security, medicine, systems engineering, etc.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известен е двумерен преобразувател на Хол, състоящ се от сензорен елемент и интерфейсна схема, обработваща изходния сигнал от него. Сензорният елемент съдържа полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока и тясна п-тип рингова област. Върху горната страна на п-ринга е формирана верига от разположени на равни разстояния един от друг 2к на брой омични контакти, където k е цяло число. Всеки от контактите може да бъде в едно от следните три положения - или да е свързан със захранващ токоизточник, или да е включен към интерфейсната схема, или да е висящ. Във всеки момент само един сегмент от веригата, съдържащ пет от последователно разположените и еквидистантни омични контакти е активен, докато останалите 2к - 5 контакти са висящи. Този сегмент формира петконтактен микросензор на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващ магнитно поле, лежащо в равнината на р-подложката с п-ринга. Той се състои от един вътрешен захранващ контакт, от двете му страни са разположени по един изходен контакт, до който е разположен по един външен захранващ контакт. Външните контакти са свързани с единия извод на токоизточника, а другият му извод - със средния захранващ контакт. Интерфейсната схема съдържа пет мултиплексора, всеки от които е с 2к на брой входове; тактов генератор с фиксирана работна честота, управляващ мултиплексорите; брояч, свързан с мултиплексорите; измервателен усилвател, чийто вход е свързан през съответни два мултиплексора с изходните контакти на микросензора, изходът на усилвателя е съединен с входа на нискочестотен филтър, чийто изход е изходът на двумерния преобразувател на Хол като стъпката на преместване на обособения петконтактен микросензор на Хол по п-ринга е един контакт [1].A two-dimensional Hall transducer is known, consisting of a sensor element and an interface circuit that processes the output signal from it. The sensor element contains a semiconductor substrate with p-type conductivity, on one side of which a deep and narrow p-type ring region is formed. On the upper side of the p-ring is formed a circuit of 2 k ohmic contacts located at equal distances from each other, where k is an integer. Each of the contacts can be in one of the following three positions - either connected to a power supply, or plugged into the interface circuit, or hanging. At any one time, only one segment of the circuit containing five of the sequentially arranged and equidistant ohmic contacts is active, while the other 2 k - 5 contacts are hanging. This segment forms a five-contact Hall microsensor with a parallel axis of sensitivity, measuring a magnetic field lying in the plane of the p-pad with the p-ring. It consists of one internal power supply contact, on both sides there are one output contact, next to which there is one external power supply contact. The external contacts are connected to one terminal of the power source, and its other terminal - to the middle power contact. The interface circuit contains five multiplexers, each of which has 2 k number of inputs; fixed clock frequency generator controlling the multiplexers; counter connected to multiplexers; measuring amplifier, the input of which is connected through two respective multiplexers to the output contacts of the microsensor, the output of the amplifier is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is the output of the two-dimensional Hall converter. the ring is a contact [1].
Недостатък на този двумерен преобразувател на Хол е сложната конструкция на сензорния елемент поради твърде големия брой периферни контакти, изискваща за тяхното формиране комплицирана силициева технология с високи показатели.The disadvantage of this two-dimensional Hall transducer is the complex design of the sensor element due to the large number of peripheral contacts, requiring for their formation complicated high-performance silicon technology.
Друг недостатък е влошеното бързодействие на двумерния преобразувател, дължащо се на сканиране на твърде голям брой периферни контакти с микросензора на Хол, определящо измервателния процес на двете равнинни компоненти на магнитното поле.Another disadvantage is the degraded speed of the two-dimensional transducer due to the scanning of too many peripheral contacts with the Hall microsensor, which determines the measurement process of the two planar components of the magnetic field.
Недостатък е още усложнената интерфейсна схема, изискваща пет отделни мултиплексори, комутиращи петте активни контакта от сегмента, образуващ микросензора на Хол, както и сложните вериги за компенсиране на неминуемия паразитен офсет.Another disadvantage is the complicated interface scheme, which requires five separate multiplexers switching the five active contacts of the segment forming the Hall microsensor, as well as the complex circuits to compensate for the inevitable parasitic offset.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде двумерен преобразувател на Хол с опростена конструкция на сензорния елемент, повишено бързодействие при измерване на магнитното поле и опростена интерфейсна схема за обработка на сигналите.The object of the invention is to provide a two-dimensional Hall transducer with a simplified construction of the sensor element, increased speed in measuring the magnetic field and a simplified interface circuit for signal processing.
Тази задача се решава с двумерен преобразувател на Хол, състоящ се от сензорен елемент и интерфейсна схема, обработваща изходния сигнал от него. Сензорният елемент съдържа полупроводникова подложка с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока п-тип област с формата на кръг. Върху горната страна на п-областта по периферията й са разположени на равни разстояния един от друг четири омични контакти, разпределени на 90° един спрямо друг, а в центъра й има още един централен омичен контакт, свързан с единия извод на токоизточник. Всеки от периферните контакти може да бъде в едно от двете положения - или да е включен към интерфейсната схема, или да е висящ. Във всеки момент само централният и два диаметрално срещуположни периферни контакта са активни, докато другите два срещуположни периферни контакта са висящи. Така обособените две конфигурацииThis problem is solved with a two-dimensional Hall transducer, consisting of a sensor element and an interface circuit that processes the output signal from it. The sensor element comprises a semiconductor substrate with p-type conductivity, on one side of which a deep p-type region in the shape of a circle is formed. On the upper side of the n-region on its periphery are located at equal distances from each other four ohmic contacts, distributed at 90 ° to each other, and in its center there is another central ohmic contact connected to one terminal of the current source. Each of the peripheral contacts can be in one of two positions - either plugged into the interface circuit or hanging. At any one time, only the central and two diametrically opposite peripheral contacts are active, while the other two opposite peripheral contacts are suspended. Thus the two configurations
66570 Bl от контакти формират триконтактни микросензори на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващи компонентите на магнитно поле, лежащо в равнината на подложката. Двойките диаметрално срещуположни контакти са едновременно захранващи и изходни като през еднакви по стойност товарни резистори са свързани с другия извод на токоизточника. Интерфейсната схема съдържа два мултиплек- ю сора, всеки от които е с два входа; двуканална следящо-запомняща субсхема; субсхема за формиране на управляващи импулси и декодер за управление на следящо-запомнящата субсхема; тактов генератор с фиксирана работна честота, ' $ управляващ мултиплексорите; брояч, свързан с мултиплексорите като стъпката на завъртане на обособения триконтактен микросензор на Хол около оста, перпендикулярна на подложката и 2θ преминаваща през централния контакт е на ъгъл 90°; измервателен усилвател, на който входът е свързан през двата мултиплексора с изходните контакти на микросензора на Хол като изходът на усилвателя е съединен с входовете на двата 25 канала на следящо-запомнящата субсхема, чиито два изхода са изходите на двумерния преобразувател на Хол за двете равнинни компоненти на магнитното поле.66570 Bl of contacts form three-contact Hall microsensors with a parallel axis of sensitivity, measuring the components of a magnetic field lying in the plane of the substrate. The pairs of diametrically opposite contacts are both supply and output and through the same value load resistors are connected to the other terminal of the current source. The interface circuit contains two multiplexes, each with two inputs; two-channel tracking-memory subcircuit; a sub-circuit for generating control pulses and a decoder for controlling the tracking-memory sub-circuit; a fixed oscillator clock that controls the multiplexers; a counter connected to the multiplexers as the step of rotating the separate Hall three-contact microsensor about the axis perpendicular to the substrate and 2θ passing through the central contact is at an angle of 90 °; a measuring amplifier in which the input is connected through the two multiplexers to the output contacts of the Hall microsensor as the output of the amplifier is connected to the inputs of the two 25 channels of the memory subsystem, whose two outputs are the outputs of the two-dimensional Hall converter component for both of the magnetic field.
Предимство на двумерния преобразувател на Хол е твърде опростената конструкция на сензорния му елемент, съдържаща само пет омични контакта.An advantage of the two-dimensional Hall transducer is the very simple construction of its sensor element, containing only five ohmic contacts.
Друго предимство на двумерния преобразу- 35 вател на Хол е повишеното му бързодействие, тъй като пълният цикъл на сканиране при измерване на двете компоненти на магнитното поле, съставлява само два такта на управляващия импулсен генератор.Another advantage of the two-dimensional Hall transducer is its increased speed, as the full scan cycle when measuring the two components of the magnetic field is only two cycles of the control pulse generator.
Предимство е още значително опростената интерфейсна схема от използване само на два вместо на пет мултиплексора и отсъствието на сложни вериги за компенсиране на паразитния офсет.Another advantage is the significantly simplified interface scheme of using only two instead of five multiplexers and the absence of complex circuits to compensate for parasitic offset.
Предимство е също и високата простран- 45 ствена разделителна способност (резолюцията) в резултат на силно редуцирания брой периферни контакти, само четири, водещ до намаляване на геометричните размери на сензорния елемент.Another advantage is the high spatial resolution (resolution) as a result of the greatly reduced number of peripheral contacts, only four, leading to a reduction in the geometric dimensions of the sensor element.
Освен това също е предимство минималната . 50 грешка на изхода, внасяна от офсета на двата обособени триконтактни микросензора на Хол в измерването на магнитното поле, поради слабото влияние на неминуемата нееквидистантност на четирите периферни контакта върху изхода на микросензора.In addition, the advantage is also minimal. 50 output error introduced by the offset of the two separate three-contact Hall microsensors in the magnetic field measurement due to the weak influence of the inevitable non-equidistance of the four peripheral contacts on the output of the microsensor.
Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure
По-подробно изобретението се пояснява с приложената фигура 1, представляваща едно негово примерно изпълнение.The invention is illustrated in more detail by the attached figure 1, representing one embodiment thereof.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Двумерният преобразувател на Хол се състои от сензорен елемент и интерфейсна схема, обработваща изходните сигнали от него. Сензорният елемент съдържа полупроводникова подложка 1 с р-тип проводимост, върху едната страна на която е образувана дълбока п-тип област 2 с формата на кръг. Върху горната страна на п-областта 2 по периферията й са разположени на равни разстояния един от друг четири омични контакта 3, 4, 5 и 6, разпределени на 90° един спрямо друг, а в центъра й има още един централен омичен контакт 7, свързан е единия извод на токоизточник 8. Всеки от периферните контакти 3, 4, 5 и 6 може да бъде в едно от двете положения - или да е включен към интерфейсна схема, или да е висящ. Във всеки момент само централният 7 и двата диаметрално срещуположни периферни контакта 3 и 5 са активни, докато другите два срещуположни периферни контакта 4 и 6 са висящи. Така обособените две конфигурации от контактите 3,5 и 7 и съответно 4,6 и 7 формират триконтактни микросензори на Хол с паралелна ос на чувствителност, измерващи компонентите на магнитно поле 9, лежащо в равнината на подложката 1. Двойките диаметрално срещуположни контакти 3 и 5 и съответно 4 и 6 са едновременно захранващи и изходни, като през еднакви по стойност товарни резистори 10 и 11 са свързани с другия извод на токоизточника 8. Интерфейсната схема съдържа два мултиплексора 12 и 13, всеки от които е с два входа; двуканална следящо-запомняща субсхема 14; субсхема за формиране на управляващи импулси 15 и декодер 16 за управление на следящо-запомнящата субсхема 14; тактов генератор 17 с фиксирана работна честота, управляващ мултиплексорите 12 и 13; брояч 18, свързан с мултиплексорите 12 и 13, като стъпката на завъртане на обособения триконтактен микросензор на Хол около оста, перпендикулярна на подложката 1 и премина4The two-dimensional Hall transducer consists of a sensor element and an interface circuit that processes the output signals from it. The sensor element comprises a semiconductor substrate 1 with p-type conductivity, on one side of which a deep n-type region 2 in the shape of a circle is formed. On the upper side of the n-region 2 on its periphery are located at equal distances from each other four ohmic contacts 3, 4, 5 and 6, distributed at 90 ° to each other, and in its center there is another central ohmic contact 7, one terminal of current source 8 is connected. Each of the peripheral contacts 3, 4, 5 and 6 can be in one of the two positions - either connected to an interface circuit or hanging. At any one time, only the central 7 and the two diametrically opposite peripheral contacts 3 and 5 are active, while the other two opposite peripheral contacts 4 and 6 are suspended. The two configurations of contacts 3,5 and 7 and 4,6 and 7, respectively, form three-contact Hall microsensors with a parallel axis of sensitivity, measuring the components of the magnetic field 9 lying in the plane of the substrate 1. The pairs of diametrically opposite contacts 3 and 5 and 4 and 6, respectively, are both supply and output, with load resistors 10 and 11 connected to the other terminal of the current source through equal values 8. The interface circuit comprises two multiplexers 12 and 13, each with two inputs; a two-channel tracking subcircuit 14; a sub-circuit for generating control pulses 15 and a decoder 16 for controlling the tracking-memory sub-circuit 14; a fixed operating clock 17 controlling the multiplexers 12 and 13; counter 18 connected to the multiplexers 12 and 13, the step of rotating the separate three-contact Hall microsensor about the axis perpendicular to the pad 1 and passing4
66570 Bl mm ваща през централния контакт 7 е на ъгъл 90°; измервателен усилвател 19, чийто вход е свързан през двата мултиплексора 12 и 13 с изходните контакти 3 и 5 и съответно 4 и 6 на микросензора на Хол, като изходът на усилвателя 19 е съединен с входовете на двата канала наследящо-запомнящата субсхема 14, чиито изходи са изходи 20 и 21 на двумерния преобразувател на Хол за двете равнинни компоненти на магнитното поле 9.66570 Bl mm through the central contact 7 is at an angle of 90 °; measuring amplifier 19, the input of which is connected through the two multiplexers 12 and 13 to the output contacts 3 and 5 and respectively 4 and 6 of the Hall microsensor, the output of the amplifier 19 is connected to the inputs of the two channels hereditary subcircuit 14, whose outputs are outputs 20 and 21 of the two-dimensional Hall converter for the two planar components of the magnetic field 9.
Действието на двумерния преобразувател на Хол, съгласно изобретението, е следното. При включване на захранващия токоизточник 8, в резултат на радиалната симетрия на контактите 3 и 5 или 4 и 6 по отношение на централния 15 контакт 7 в така обособената триконтактна Холова конфигурация 3-7-5 или 4-7-6 с паралелна ос на чувствителност протичат едновременно две еднакви по стойност и противоположно насочени токови компоненти 17 3 и - 175, 173 = |-175|, или съответно L„ и - 1,х, 1, = I- 1,,|. Омичните контакти 3, 4, 5, 6 и 7 представляват еквипотенциални равнини. Ето защо траекториите на токоносителите под тях са първоначално 25 насочени вертикално надолу в п-областта 2, след което стават паралелни на горната й повърхност. Чрез товарните резистори R 10 и R2 11 се осъществява режим на функциониране на генератора на ток на съответните микросензори на Хол. Стойността на тези резистори R( 10 и R2 11 е на порядък по-голям от вътрешното съпротивление Rint на п-“джоба“ 2, т.е. на п-областта 2 между контактите 3 и 5 или 4 и 6, R,;R2 » 35 Rjnt. Опростената конструкция на сензорния елемент на двумерния преобразувател на Хол е сведена само до пет омични контакта - единият централен 7 и двете взаимноперпендикулярни двойки периферни контакти 3 и 5 и съответно 4 и 6. В известното решение от [1] броят на тези 4θ периферни контакти достига 64 и реализацията им изисква сложна и с високи показатели CMOS технология. Във външното магнитно поле В 9, лежащо в равнината на полупроводниковата подложка 1, силата на Лоренц FL = qVdr х В от- 45 клонява латерално тока, като генерира чрез него Холови потенциали V3(B) и - V5(B), например върху двата периферни контакта 3 и 5, същото се отнася и за контактите 4 и 6, q е товарът на електрона, a Vdr е дрейфовата скорост на носителите. В резултат диференциалното напрежение 50 на Хол V3 5(В) се развива между контактите 3 иThe operation of the two-dimensional Hall converter according to the invention is as follows. When the power supply 8 is switched on, as a result of the radial symmetry of the contacts 3 and 5 or 4 and 6 with respect to the central 15 contact 7 in the so-called three-contact Hall configuration 3-7-5 or 4-7-6 with parallel sensitivity axis two equal in value and oppositely directed current components 1 7 3 and - 1 75 , 1 73 = | -1 75 |, or respectively L „and - 1, x , 1, = I- 1 ,, |. The ohmic contacts 3, 4, 5, 6 and 7 represent equipotential planes. Therefore, the trajectories of the current carriers below them are initially 25 directed vertically downwards in the n-region 2, after which they become parallel to its upper surface. Through the load resistors R 10 and R 2 11 the mode of operation of the current generator of the respective Hall microsensors is realized. The value of these resistors R ( 10 and R 2 11 is an order of magnitude greater than the internal resistance R int of the n- "pocket" 2, ie the n-region 2 between contacts 3 and 5 or 4 and 6, R ,; R 2 '35 R jnt. The simplified structure of the sensor element of the two-dimensional transducer Hall is limited to only five ohmic contacts - one central 7 and two orthogonal pairs of peripheral contacts 3 and 5 respectively 4 and 6. In the known solution of [ 1] the number of these 4 θ peripheral contacts reaches 64 and their implementation requires complex and high-performance CMOS technology.In the external magnetic field B 9, lying in the plane of the semiconductor substrate 1, the Lorentz force F L = qV dr x B from- 45 closes the current laterally, generating through it Hall potentials V 3 (B) and - V 5 (B), for example on the two peripheral contacts 3 and 5, the same applies to contacts 4 and 6, q is the electron load, a V dr is the drift velocity of the carriers, as a result of which the differential voltage 50 of Hall V 3 5 (B) develops m between contacts 3 and
5, а напрежението V46(B) е между контактите 4 и 6. Изискването R^Rj» Rint е да се екстрахира максимално висока стойност на Холовото напрежение. С помощта на интерфейсната схема се осъществява виртуално завъртане с фиксирана честота натриконтактния елемент на Хол на 90°, зададена от тактовия генератор 17 около оста, перпендикулярна на повърхността на област 2 и преминаваща през контакта 7. Стъпката на завъртане от 90°, реализуема с двата мултиплексора 12 и 13 позволява сканиране на 360° на равнината, в която лежи магнитното поле В 9, Това позволява точно определяне стойностите на двете равнинни В и В компоненти на магнитния вектор В 9.5, and the voltage V 46 (B) is between contacts 4 and 6. The requirement R ^ Rj »R int is to extract the highest possible value of the Hall voltage. With the help of the interface circuit a virtual rotation of the fixed contact element of Hall at 90 ° is performed, fixed by the clock generator 17 around the axis, perpendicular to the surface of area 2 and passing through the contact 7. The rotation step of 90 °, realized with both the multiplexers 12 and 13 allow 360 ° scanning of the plane in which the magnetic field B 9 lies. This allows accurate determination of the values of the two plane B and B components of the magnetic vector B 9.
X у *X y *
Субсхемата 14 формира стабилни във времето изходни сигнали, съответстващи на измерените компоненти Вх и Ву на полето В 9. След обработка на резултиращия сигнал с измервателния усилвател 19 и двуканалнатаследящо-запомняща субсхема 14, напреженията на двата изхода 20 и 21 на двумерния преобразувател на Хол са с необходимите метрологични качества. Изходните напрежения 20 и 21 са по отношение на маса. Те са линейни и нечетни функции от съответните компоненти В и В, V ~ В 20 и V ~ В 21 на полето В 9, В = Βχ + Ву. Абсолютната стойност на вектора на полето В 9 се дава е известната релация |В| = (Βχ 2 + Ву2)|/2, а ъгълът Θ на вектора В 9 спрямо оста х се получава с израза Θ = tan'1 (В / Βχ) = tan ‘(V /Vx). Както и в известното решение, собственият шум Ι/f на микросензорите на Хол е потиснат драстично чрез обработката на сигналите, обуславящи изходите 20 и 21. В нашия случай, обаче е налице съществено опростяване на електронната схемотехника чрез използване само на два мултиплексора 12 и 13.The subcircuit 14 generates time-stable output signals corresponding to the measured components B x and B y of the field B 9. The living room has the necessary metrological qualities. The output voltages 20 and 21 are relative to ground. They are linear and odd functions of the respective components B and B, V ~ B 20 and V ~ B 21 of the field B 9, B = Β χ + B y . The absolute value of the vector of the field B 9 is given is the known relation | B | = (Β χ 2 + Vu 2 ) | / 2 , and the angle Θ of the vector B 9 with respect to the x-axis is obtained by the expression Θ = tan ' 1 (B / Βχ) = tan' (V / V x ). As in the known solution, the intrinsic noise Ι / f of the Hall microsensors is drastically suppressed by the processing of the signals determining the outputs 20 and 21. In our case, however, there is a significant simplification of the electronic circuitry by using only two multiplexers 12 and 13. .
Неочакваният положителен ефект, постигнат с 2D преобразувателя на Хол е, че за първи път във векторната магнитометрия чрез ротация само на един виртуално формиран триконтактен микросензор на Хол с паралелна ос на чувствителност се получава метрологична информация едновременно и независимо за стойностите на двете компоненти В 20 и В 21 на полето В 9 и за X у съответната му ъглова ориентация Θ в равнината х-у. Обстоятелството, че периферните контакти 3, 4, 5 и 6 са само четири гарантира съществено минимизиране на геометричните размери на сензорния елемент, и в резултат пространствената резолюция на 2D преобразувателя значителноThe unexpected positive effect achieved with the 2D Hall transducer is that for the first time in vector magnetometry by rotation of only one virtually formed three-contact Hall microsensor with parallel axis of sensitivity metrological information is obtained simultaneously and independently for the values of both components B 20 and In 21 of the field B 9 and for X y its corresponding angular orientation Θ in the plane x-y. The fact that the peripheral contacts 3, 4, 5 and 6 are only four guarantees a significant minimization of the geometric dimensions of the sensor element, and as a result the spatial resolution of the 2D transducer significantly
66570 Bl нараства. Съгласно изобретението измерването е разширено не в пространството, а във времето, което е нов подход. Сканирането при измервателния процес само на четирите контакта 3-5 и 4-6 позволява максимално да се повиши бързодействието, в сравнение с 2D магнитометъра от [1], при който контактите са 64. В известното решение виртуалният петконтактен елемент на Хол е концентриран в периферната зона на ю п-ринга, която е поне с два порядъка по-малка от тази на новия преобразувател на Хол. По тази причина всяко технологично несъвършенство, водещо до нееквидистантност на периферните контакти води до съществен офсет, респективно 15 до значителна грешка в измерването на полето В 9. Този проблем не стои в сензорния елемент, съгласно изобретението. Също така големият обем на активната преобразувателна област в 20 решението, съгласно изобретението, допуска и по-голяма разсейвана мощност, респективно поголям захранващ ток 13, а следователно и значителни по стойност Холови напрежения V3 5(В) и66570 Bl increases. According to the invention, measurement is extended not in space but in time, which is a new approach. Scanning in the measuring process of only the four contacts 3-5 and 4-6 allows to maximize the speed, compared to the 2D magnetometer of [1], in which the contacts are 64. In the known solution, the virtual five-pin Hall element is concentrated in the peripheral area of the south p-ring, which is at least two orders of magnitude smaller than that of the new Hall converter. Therefore, any technological imperfection leading to non-equidistance of the peripheral contacts leads to a significant offset, respectively 15 to a significant error in the measurement of the field B 9. This problem does not lie in the sensor element according to the invention. Also, the large volume of the active converter region in the solution according to the invention allows for a higher dissipated power, respectively a higher supply current 1 3 , and therefore significant in value Hall voltages V 3 5 (B) and
V4 6(В), които се подават на интерфейсната схема 25 за обработка. По този начин сигналът, екстрахиран от сензора за единица магнитен поток В 9 е по-съществен. Също е постигнато опростяване на интерфейсната електроника - мултиплексорите вместо пет са два 12 и 13, и отсъстват сложни вериги за компенсиране на офсета, както в известното решение от [1].V 4 6 (B), which are fed to the interface circuit 25 for processing. Thus, the signal extracted from the magnetic flux unit sensor B 9 is more substantial. Simplification of interface electronics has also been achieved - the multiplexers are two 12 and 13 instead of five, and there are no complex offset compensation circuits, as in the known solution from [1].
Освен радиално-симетричен сензорен елемент, съгласно Фигура 1, двумерният преобра- 35 зувател на Хол може да се изгради и на основата на други сензорни структури на Хол с паралелна ос на чувствителност, формата на които е с централна ос на симетрия, например квадратни, кръстовидни, четири-детелиновидни и т.н. Задължително условие е четирите периферни контакта 3,4, 5 и 6 да са позиционирани един по отношение на друг на ъгъл 90° и задължително оста на симетрия да минава през петия централен контакт 7. Кинетичните процеси следва да обезпечават две противоположно насочени токови 45 компоненти, които да стартират от централния контакт 7, прониквайки дълбоко под него. Предпочитанието на една или друга сензорна топология се определя от технологичните възможности и от конкретното приложение.In addition to the radially symmetrical sensor element according to Figure 1, the two-dimensional Hall transducer can also be constructed on the basis of other Hall sensor structures with a parallel axis of sensitivity, the shape of which has a central axis of symmetry, for example square, cruciform, four-clover-shaped, etc. It is mandatory that the four peripheral contacts 3,4, 5 and 6 are positioned relative to each other at an angle of 90 ° and the axis of symmetry must pass through the fifth central contact 7. The kinetic processes must provide two oppositely directed current 45 components, to start from the central contact 7, penetrating deep below it. The preference of one or another sensor topology is determined by the technological capabilities and the specific application.
Подходящият полупроводник и технологиите за реализация на двумерния преобразувател наThe appropriate semiconductor and the technologies for the realization of the two - dimensional converter of
Хол са силицият, CMOS и BiCMOS процесите. Формирането на омичните контакти 3, 4, 5, 6 и 7 става чрез силно легирани п+-зони, образувайки така нискоомни п+-п преходи в кръглия п-“джоб“ 2. Върху общ чип могат да се интегрират едновременно Ходовият сензорен елемент и интерфейсната електроника.Hall are silicon, CMOS and BiCMOS processes. The formation of the ohmic contacts 3, 4, 5, 6 and 7 is done by strongly doped n + -zones, thus forming low-resistance n + -n transitions in the round n- "pocket" 2. On a common chip can be integrated simultaneously Chassis sensor element and interface electronics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111067A BG66570B1 (en) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | Two-dimensional hall generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111067A BG66570B1 (en) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | Two-dimensional hall generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG111067A BG111067A (en) | 2013-05-31 |
| BG66570B1 true BG66570B1 (en) | 2017-03-31 |
Family
ID=48875371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG111067A BG66570B1 (en) | 2011-11-01 | 2011-11-01 | Two-dimensional hall generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66570B1 (en) |
-
2011
- 2011-11-01 BG BG111067A patent/BG66570B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG111067A (en) | 2013-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102016931B1 (en) | Magnetic field sensing element combining a circular vertical hall magnetic field sensing element with a planar hall element | |
| EP2846136B1 (en) | Magnetic field sensor and angular position sensor using same | |
| US9261572B2 (en) | Low offset spinning current hall plate and method to operate it | |
| JP5187781B2 (en) | Magnetic field sensor that measures the direction of the in-plane magnetic field | |
| JP5203367B2 (en) | Magnetic 3D sensor that can be calibrated during measurement operation | |
| CN102132167B (en) | Calibratable multidimensional magnetic point sensor | |
| US8664943B2 (en) | Position detecting apparatus | |
| CN106443063B (en) | Rotation detection device | |
| JP2009150732A (en) | Position detection device | |
| US9709639B2 (en) | Hall effect sensor | |
| Schott et al. | Single-chip 3-D silicon Hall sensor | |
| US10386427B1 (en) | Magnetic field sensor having at least two CVH elements and method of operating same | |
| BG66570B1 (en) | Two-dimensional hall generator | |
| BG67010B1 (en) | Integral magnetometer | |
| BG66569B1 (en) | A two-axle magnetometer | |
| Noykov et al. | Two-axis magnetometer using circular parallel-field Hall microsensor for contactless angle measurement | |
| BG110493A (en) | Integral hall magnetometer | |
| JPH04248403A (en) | Angle detector using hall element | |
| BG65935B1 (en) | Hall-effect micro converter | |
| BG111840A (en) | Integral 3d microsensor for magnetic field | |
| BG66714B1 (en) | Three-component magnetic field microsensor | |
| BG66624B1 (en) | Two-dimensional magnetometer | |
| BG66646B1 (en) | Integral two-axle magnetometer | |
| BG66954B1 (en) | A 2d semiconductor magnetometer | |
| BG65750B1 (en) | Two-component magnetometer |