BG66707B1

BG66707B1 - Multisensor element

Info

Publication number: BG66707B1
Application number: BG111537A
Authority: BG
Inventors: Вълчева Лозанова Сия; Станоев Руменин Чавдар; Найденов Величков Георги; Йорданов Иванов Август
Original assignee: Inst Po Sistemno Inzhenerstvo I Robotika Ban
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2018-07-31
Also published as: BG111537A

Abstract

The multisensor element contains a solid-state pad (1) with the first type conductivity, on one side of which have formed a central contact (2) with the second type conductivity, as it is located symmetrically in relation to the base contact (3) with the first type of conductivity. Equal distances from this contact (3) are located two pairs of identical rectangular contacts (4 and 6) and respectively (5 and 7) with the second conductivity type. The element contains the first current source (8) and the second current source (13). The measured magnetic field (14) lies in the plane of the pad (1). The central contact (2) and the underlying socket (3) are connected through the first current source (8) so that the emiter of the central contact (2)-the base contact (3) is included in the right direction, and the contacts (4, 5, 6 and 7) are United in the same cargo value resistors (9, 10, 11 and 12) with one pin of the second current source (13), the conclusion of which is joined with the base contact (3) sothat the collectors contacts (4, 5, 6 and 7)-the base contact (3) are included in the opposite direction. The conclusions of the current source (8 and 13), joined with the contact (3) are interconnected. The central contact (2) is crossed-shaped, while the base contact (3) represents the deep ring and has a square shape, and by its external sides and close to them are situated the contacts (4, 5, 6 and 7). The еmitter of contact (2)-ring (3) operates in the electricity generator mode, such as the pairs opposite to the contact (2) external contacts (4 and 6) and respectively (5 and 7) are outputs (15 and 16) for the two orthogonal Planar components of the magnetic field (14) and contact (2) and the ring (3) are output (17) of the multisensor element to the ambient temperature.

Description

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до мултисензорен елемент, приложим в областта на сензориката, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, роботиката и мехатрониката, микро- и нанотехнологиите, позиционирането на обекти в равнината, автоматизация на производството, системното инженерство, безконтактното измерване на физични величини като електрически ток, мощност, енергия, ъглови и линейни премествания, сила, военното дело, сигурността и др.The invention relates to a multisensor element applicable in the field of sensors, control and measurement technology and low-field magnetometry, robotics and mechatronics, micro- and nanotechnologies, positioning of objects in the plane, automation of production, systems engineering, non-contact measurement of physical quantities current, power, energy, angular and linear displacements, force, military affairs, security, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е мултисензорен елемент, измерващ едновременно и независимо двете равнинни компоненти на вектора на магнитното поле, съдържащ полупроводникова подложка с първи тип проводимост, върху едната страна на която са формирани централен контакт с втори тип проводимост и квадратна форма, като на разстояния и симетрично спрямо четирите му страни има последователно по един правоъгълен вътрешен контакт с втория тип проводимост и по един външен базов контакт с първия тип проводимост. Четирите базови контакти са съединени и през първи токоизточник са свързани с централния така, че емитерът централен контакт-базови контакти да е включен в права посока. Вътрешните контакти са съединени през еднакви по стойност товарни резистори с единия извод на втори токоизточник, другият извод на който е съединен с базовите контакти така, че колекторите вътрешни контакти-базови контакти да са включени в обратна посока. Изводите на токоизточниците, съединени с базовите контакти са свързани помежду си. Измерваното външно магнитно поле лежи в равнината на подложката като двойките срещуположни вътрешни контакти спрямо централния контакт са изходи за двете ортогонални равнинни компоненти на вектора на магнитното поле [1].A multisensor element is known, measuring simultaneously and independently the two plane components of the magnetic field vector, comprising a semiconductor substrate with a first type of conductivity, on one side of which a central contact with a second type of conductivity and a square shape are formed. its sides have successively one rectangular internal contact with the second type of conductivity and one external basic contact with the first type of conductivity. The four base contacts are connected and are connected to the central one through a first current source so that the emitter of the central contact base contacts is connected in a straight line. The internal contacts are connected through equal load resistors to one terminal of a second current source, the other terminal of which is connected to the base contacts so that the collectors of the internal contacts-base contacts are included in the opposite direction. The terminals of the current sources connected to the base contacts are interconnected. The measured external magnetic field lies in the plane of the substrate and the pairs of opposite internal contacts relative to the central contact are outputs for the two orthogonal planar components of the magnetic field vector [1].

Недостатък на този мултисензорен елемент е редуцираната точност на двата изхода в резултат на ниското ниво сигнал/шум от високата стойност на собствения (фликер 1/f) шум, тъй като през самите колектори, разположени в близост до емитера протича съществена част от инжектирания от емитера ток на така формирания транзистор.The disadvantage of this multisensor element is the reduced accuracy of both outputs as a result of the low signal / noise level from the high value of the own (flicker 1 / f) noise, as a significant part of the emitter injected flows through the collectors located near the emitter. current of the thus formed transistor.

Недостатък е също силната зависимост на изходите от температурата на околната среда в резултат на температурната чувствителност на формираните диодни р-п преходи - емитерът и четирите колектори върху едната страна на полупроводниковата подложка.Another disadvantage is the strong dependence of the outputs on the ambient temperature as a result of the temperature sensitivity of the formed diode p-n junctions - the emitter and the four collectors on one side of the semiconductor substrate.

Недостатък е още необходимостта да се формира в непосредствена близост до мултисензорния елемент, върху същата полупроводникова подложка, на температурен сензор, сигналът на който да се използва в схема за последваща термокомпенсация на изходите.Another disadvantage is the need to form in the immediate vicinity of the multisensor element, on the same semiconductor substrate, a temperature sensor, the signal of which to be used in a circuit for subsequent thermal compensation of the outputs.

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

Задача на изобретението е да се създаде мултисензорен елемент с температурно компенсирана магниточувствителност на двата изхода, да отпадне необходимостта от формиране на допълнителен температурен сензор за термокомпенсационната схема и повишена точност чрез редуциране нивото на собствения му шум.The objective of the invention is to create a multisensor element with temperature-compensated magnetic sensitivity at both outputs, to eliminate the need to form an additional temperature sensor for the thermocompensation circuit and increased accuracy by reducing its own noise level.

Тази задача е решена с мултисензорен елемент, съдържащ полупроводникова подложка с първи тип проводимост, върху едната страна на която са формирани централен контакт с втори тип проводимост и правилна кръстовидна форма, на разстояние и симетрично спрямо централния контакт има дълбок ринг с първия тип проводимост и е с квадратна форма, а от външните му страни и в близост до тях са разположени на равни разстояния и симетрично спрямо централния контакт по един външен правоъгълен контакт с втория тип проводимост. Централният контакт през първи токоизточник, функциониращ в режим генератор на ток е свързан с квадратния ринг така, че емитерът централен контакт-ринг да е включен в права посока. Външните контакти са съединени през еднакви по стойност товарни резистори с единия извод на втори токоизточник, другият извод на който е съединен с ринга така, че колекторите външни контакти-ринг да са включени в обратна посока. Изводите на токоизточниците, съединени с ринга са свързани помежду си. Измерваното външно магнитно поле лежи в равнината на подложката като двойките срещуположни спрямо централния контакт външни контакти са изходите за двете орThis problem is solved with a multisensor element containing a semiconductor substrate with a first type of conductivity, on one side of which are formed a central contact with a second type of conductivity and a regular cross shape, at a distance and symmetrically to the central contact there is a deep ring with the first type of conductivity. with a square shape, and on its outer sides and in the vicinity of them are located at equal distances and symmetrically to the central contact by one external rectangular contact with the second type of conductivity. The central contact through the first current source operating in the current generator mode is connected to the square ring so that the emitter central contact ring is connected in a straight line. The external contacts are connected through load resistors of the same value with one terminal of a second current source, the other terminal of which is connected to the ring so that the collectors of the external contacts-ring are connected in the opposite direction. The terminals of the current sources connected to the ring are interconnected. The measured external magnetic field lies in the plane of the substrate as the pairs opposite to the central contact external contacts are the outputs for both or

Описания на издадени патенти за изобретения № 08.2/31.08.2018 тогонални равнинни компоненти на вектора на магнитното поле, а централният контакт и рингът са изходът на мултисензорния елемент за температурата на околната среда.Descriptions of issued patents for inventions № 08.2 / 31.08.2018 togonal plane components of the magnetic field vector, and the central contact and the ring are the output of the multisensor element for the ambient temperature.

Предимство на изобретението е увеличената измервателна точност (резолция) на двата изхода чрез повишаване нивото сигнал/шум в резултат на редуцирания собствен (фликер Ι/f) шум от протичане само на малка част от емитерния ток през самите колектори, разположени извън областта, ограничена от квадратния ринг (базовия контакт).An advantage of the invention is the increased measuring accuracy (resolution) of both outputs by increasing the signal / noise level as a result of the reduced intrinsic (flicker Ι / f) noise from flowing only a small part of the emitter current through the collectors located outside the area limited by the square ring (base contact).

Предимство е също възможността за пълно компенсиране на температурната зависимост на изходите от използване като температурно-компенсационно напрежение при последващата обработка на изходните сигнали на линейната температурна зависимост на диодното напрежение емитер-ринг при постоянен захранващ ток.Another advantage is the possibility for full compensation of the temperature dependence of the outputs from use as temperature-compensation voltage in the subsequent processing of the output signals of the linear temperature dependence of the diode emitter-ring voltage at constant supply current.

Предимство е още отпадналата необходимост да се формира в непосредствена близост до мултисензорния елемент, върху същата полупроводникова подложка, на отделен температурен сензор заедно със съпътстващата го интерфейсна схемотехника.Another advantage is the need to form in the immediate vicinity of the multisensor element, on the same semiconductor substrate, on a separate temperature sensor together with the accompanying interface circuitry.

Предимство е и опростената приборна конструкция, съдържаща общо шест, вместо девет активни сензорни контакти.An advantage is the simplified instrument design, containing a total of six instead of nine active sensor contacts.

Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената фигура 1.The invention is illustrated in more detail by one of its embodiments given in the attached figure 1.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention

Мултисензорният елемент съдържа полупроводникова подложка 1 с първи тип проводимост, върху едната страна на която са формирани централен контакт 2 с втори тип проводимост и правилна кръстовидна форма, на разстояние и симетрично спрямо централния контакт 2 има дълбок ринг 3 с първия тип проводимост и квадратна форма, а от външните му страни и в близост до тях са разположени на равни разстояния и симетрично спрямо централния контакт 2 по един външен правоъгълен контакт 4, 5, 6 и 7 с втория тип проводимост. Централният контакт 2 през първи токоизточник 8, функциониращ в режим генератор на ток е свързан с квадратния ринг 3 така, че емитерът централен контакт 2 - ринг 3 да е включен в права посока. Външните контакти 4, 5, 6 и 7 са съединени през еднакви по стойност товарни резистори 9, 10, 11 и 12 с единия извод на втори токоизточник 13, другият извод на който е съединен с ринга 3 така, че колекторите външни контакти 4, 5, 6 и 7 - ринг 3 да са включени в обратна посока. Изводите на токоизточниците 8 и 13, съединени с ринга 3 са свързани помежду си. Измерваното външно магнитно поле 14 лежи в равнината на подложката 1, като двойките срещуположни спрямо централния контакт 2 външни контакти 4 и 6 и съответно 5 и 7 са изходите 15 и 16 за двете ортотонални равнинни компоненти на вектора на магнитното поле 14, а централният контакт 2 и рингът 3 са изходът 17 на мултисензорния елемент за температурата на околната среда.The multisensor element comprises a semiconductor substrate 1 with a first type of conductivity, on one side of which are formed a central contact 2 with a second type of conductivity and a regular cross shape, at a distance and symmetrically to the central contact 2 there is a deep ring 3 with the first type of conductivity and square shape, and on its outer sides and in the vicinity of them are located at equal distances and symmetrically with respect to the central contact 2 by one external rectangular contact 4, 5, 6 and 7 with the second type of conductivity. The central contact 2 through the first current source 8, operating in the current generator mode, is connected to the square ring 3 so that the emitter central contact 2 - ring 3 is connected in a straight direction. The external contacts 4, 5, 6 and 7 are connected through equal value load resistors 9, 10, 11 and 12 with one terminal of a second current source 13, the other terminal of which is connected to the ring 3 so that the collectors external contacts 4, 5 , 6 and 7 - ring 3 to be included in the opposite direction. The terminals of the current sources 8 and 13 connected to the ring 3 are connected to each other. The measured external magnetic field 14 lies in the plane of the pad 1, the pairs opposite to the central contact 2 external contacts 4 and 6 and respectively 5 and 7 are the outputs 15 and 16 for the two orthotonic plane components of the magnetic field vector 14 and the central contact 2 and the ring 3 are the output 17 of the multisensor element for the ambient temperature.

Действието на мултисензорния елемент, съгласно изобретението, е следното.The operation of the multisensor element according to the invention is as follows.

Спецификата на мултисензорните елементи е, че те измерват едновременно и независимо с една и съща област от полупроводниковата подложка 1 (чипът) повече от една сензорна величина, например, векторните компоненти на магнитното поле, [1]. Фактически се осъществява функционална интеграция на повече от един преобразувател на неелектрични величини върху общия чип 1, най-често силициев. В нашия случай това са двете отделни компоненти Β_χ и В на вектора на магнитното поле 14. При съответното свързване на контактите 2 и 3 към токоизточника 8, емитерният р-п преход централният контакт 2 - квадратния ринг 3 се включва в права посока и започва инжекция на неосновни токоносители в полупроводниковата подложка 1. Понеже контактите 2 и 3 са формирани достатъчно близко и между тях отсъстват колекторите 4, 5, 6 и 7, съществената част от емитерния ток I преминава през базовия контакт, в нашия случай това е квадратният ринг 3. В резултат малка част от тока 1_{2 3} достига до обратно поляризираните оттокоизточника 13 колекторни диоднир-п преходи 4,5,6 и 7, формирайки обратните им токове. Тъй като всички контакти 2,3,4,5,6 и7 натозимултисензор сас правилна форма и са разположени симетрично, четирите отделни колекторни токове I 1₅,1₆ и 1₇ са равни помежду си, 1=1=1= Ι_γ. Фактически мултисензорният елемент може да се сравни с диференциален биполяренThe specificity of multisensor elements is that they measure simultaneously and independently with the same region of the semiconductor substrate 1 (chip) more than one sensor quantity, for example, the vector components of the magnetic field, [1]. In fact, more than one converter of non-electrical quantities is functionally integrated on the common chip 1, most often silicon. In our case these are the two separate components Β _χ and B of the vector of the magnetic field 14. At the corresponding connection of contacts 2 and 3 to the current source 8, the emitter p-n junction the central contact 2 - the square ring 3 switches in the right direction and starts injection of non-core current carriers into the semiconductor substrate 1. Since contacts 2 and 3 are formed close enough and there are no collectors 4, 5, 6 and 7 between them, a significant part of the emitter current I passes through the base contact, in our case this is the square ring 3 As a result, a small part of the current 1 _{2 3} reaches the inversely polarized source sources 13 collector diode junctions 4,5,6 and 7, forming their reverse currents. Since all contacts 2,3,4,5,6 and 7 of the natosimultsensor are of regular shape and are located symmetrically, the four separate collector currents I 1 ₅ , 1 ₆ and 1 ₇ are equal to each other, 1 = 1 = 1 = Ι _γ . In fact, the multisensor element can be compared to a differential bipolar

Описания на издадени патенти за изобретения № 08.2/31.08.2018 транзистор, чийто емитер е контакт 2, базовият контакт е рингът 3, а съответните колекторни двойки 4 и 6, и 5 и 7 са диференциалните изходи 15 и 16. Товарните колекторни резистори 9, 10, 11 и 12 R = R_; = R_d = R, трансформират токовете 1₄,1₅,1₆ и 1₇ в изходни напрежения, които са изходите V_{4 6}15 и V_{5 7}16 на мултисензорния елемент.Descriptions of issued patents for inventions № 08.2 / 31.08.2018 transistor whose emitter is contact 2, the base contact is the ring 3, and the respective collector pairs 4 and 6, and 5 and 7 are the differential outputs 15 and 16. The load collector resistors 9, 10, 11 and 12 R = R _; = R _d = R, transform the currents 1 ₄ , 1 ₅ , 1 ₆ and 1 ₇ into output voltages, which are the outputs V _{4 6} 15 and V _{5 7} 16 of the multisensor element.

В отсъствие на външно магнитно поле В 14, В = 0, траекторията на токовете 1₂ и 1₃ в областите под контактите 2 и 3 първоначално е перпендикулярна на горната повърхност на подложката 1 с първи тип проводимост и прониква дълбоко в обема на структурата 1. След това ефективните траектории на тока 1₂ в обема на подложката 1 стават успоредни на горната й страна и част от тях преминават под дълбокия ринг 3. Така известно количество от неосновните токоносители достигат до обратно поляризираните от токоизточника 13 колектори 4, 5, 6 и 7, формирайки обратните токове I Ι₅,1 и Ι_γ. Именно дълбокият ринг 3 с първи тип проводимост допълнително редуцира обратните колекторни токове. При евентуална структурна асиметрия и неравенство на колекторните токове, равенството 1=1=1= 1₇ се постига с допълнителни тримери, включени между резисторите 9 и 11, и съответно 10 и 12. По този начин неминуемият офсет на изходите 15 и 16, в отсъствие на магнитно поле В 14 (В = 0), лесно се компенсира (нулира) чрез изменение стойността на съпротивленията чрез тримерите в съответните вериги, включващи контактите 4, 5, 6 и 7. Следва да се отбележи, че посоките на компоненти 1₂ и -1_{2 6}са противоположни. Същото се отнася и за другите токове 1₂ и -1_{2 7}.In the absence of an external magnetic field B 14, B = 0, the trajectory of the currents 1 ₂ and 1 ₃ in the areas under contacts 2 and 3 is initially perpendicular to the upper surface of the substrate 1 with the first type of conductivity and penetrates deep into the volume of the structure 1. Then the effective current trajectories 1 ₂ in the volume of the substrate 1 become parallel to its upper side and some of them pass under the deep ring 3. Thus a certain amount of non-main current carriers reach the back polarized from the current source 13 collectors 4, 5, 6 and 7 , forming the reverse currents I Ι ₅ , 1 and Ι _γ . It is the deep ring 3 with the first type of conductivity that further reduces the reverse collector currents. In case of possible structural asymmetry and inequality of the collector currents, the equality 1 = 1 = 1 = 1 ₇ is achieved with additional trimmers included between resistors 9 and 11, and respectively 10 and 12. Thus, the inevitable offset of the outputs 15 and 16, in absence of magnetic field B 14 (B = 0), easily compensated (reset) by changing the value of the resistances through the trimmers in the respective circuits, including contacts 4, 5, 6 and 7. It should be noted that the directions of components 1 ₂ and -1 _{2 6} are opposite. The same applies to the other currents 1 ₂ and -1 _{2 7} .

Външното магнитно поле В 14, което лежи в равнината на подложката 1 и е с произволна ориентация, чрез двете си взаимноперпендикулярни компоненти Β_χ и В води до възникване на съответни латерално отклоняващи движещите се токоносители сили на Лоренц, F_L = qV_d| х В; q е елементарният товар на електрона, a е векторът на средната дрейфова скорост на движещите се токоносители. В резултат на тази Лоренцова дефлекция F траекториите на противоположно насочените токови компоненти 1₂ -1_{2 6} и 1₂ -1_{2 7} се “свиват” и съответно “разширяват”. В зависимост от посоката на магнитния вектор В 14, всеки от двата срещуположни тока нараства, респективно намалява за сметка на другия. Този сензорен механизъм променя стойностите на двойките колекторни токове 1_{2 4}(В ), -1_{2 6}(В ) и съответно 1_{2 5}(В ) -1_{2 7}(В ). Това води до генериране на двата изхода 15 и 16 на напрежения V_{4 6} и V_{5 7}, които дават информацията за стойностите и посоките на двете ортогонални компоненти Β_χ и В_у на вектора на магнитното поле В 14. Абсолютната стойност на вектора на магнитното поле В 14 в равнината х-у на подложката 1 и ъгълът Θ на полето В 14 спрямо фиксирана реперна ос в същата равнина се дават с изразите: |В| = (Β_χ ² + Ву²)^1/2 и Θ = tan¹ (V (В )/Vx(B_x)). Увеличената измервателна точност (резолцията) на изходите 15 и 16 се дължи на повишеното ниво сигнал/шум от редуцирания собствен (фликер 1/f) шум, поради протичане само на малка част от токоносителите през самите колектори 4, 5, 6 и 7, разположени извън областта, ограничена от ринга 3. Този резултат е от факта, че произходът на фликер 1/f шума се дължи на стойността на протичащия през даден контакт ток. При това спектралната плътност на този шум в даден честотен диапазон Af се дава със съотношението 1/f ~ I². Ето защо приборната конструкция на новия мултисензорен елемент е избрана така, че емитерният ток 1₂ да бъде максимално изведен от структурата 1 чрез близко разположения до емитера 2 ринг 3. Постигнато е също опростяване на приборната конструкция, която съдържа общо шест - 2, 3, 4, 5, 6 и 7, вместо девет активни омични контакти както е в известното решение.The external magnetic field B 14, which lies in the plane of the substrate 1 and is of arbitrary orientation, through its two mutually perpendicular components Β _χ and B leads to the appearance of corresponding laterally deflecting moving current carriers Lorentz forces, F _L = qV _{d |} x B; q is the elementary load of the electron, and a is the vector of the average drift velocity of the moving current carriers. As a result of this Lorentz deflection F, the trajectories of the oppositely directed current components 1 ₂ -1 _{2 6} and 1 ₂ -1 _{2 7} "shrink" and "expand", respectively. Depending on the direction of the magnetic vector B 14, each of the two opposite currents increases or decreases at the expense of the other. This sensor mechanism changes the values of the collector current pairs 1 _{2 4} (B), -1 _{2 6} (B) and 1 _{2 5} (B) -1 _{2 7} (B), respectively. This leads to the generation of the two outputs 15 and 16 of voltages V _{4 6} and V _{5 7} , which give information about the values and directions of the two orthogonal components Β _χ and B _y of the magnetic field vector B 14. The absolute value of the magnetic vector field B 14 in the plane x-y of the pad 1 and the angle Θ of the field B 14 with respect to a fixed reference axis in the same plane are given by the expressions: | = (Β _χ ² + Vu ² ) ^1/2 and Θ = tan ¹ (V (B) / Vx (B _x )). The increased measuring accuracy (resolution) of the outputs 15 and 16 is due to the increased signal / noise level from the reduced own (flicker 1 / f) noise, due to the flow of only a small part of the current carriers through the collectors 4, 5, 6 and 7, located outside the area bounded by ring 3. This result is due to the fact that the origin of flicker 1 / f noise is due to the value of the current flowing through a given contact. In this case, the spectral density of this noise in a given frequency range Af is given by the ratio 1 / f ~ I ² . Therefore, the instrument design of the new multisensor element is chosen so that the emitter current 1 ₂ is maximally output from the structure 1 through a ring 3 located close to the emitter 2. 4, 5, 6 and 7, instead of nine active ohmic contacts as in the known solution.

Принципният недостатък на измерващите двете векторни компоненти Β_χ и В мултисензорни елементи е силната температурна зависимост на изходните сигнали V₄₆(T) 15 и V₅ (Т) 16. За да бъде компенсиран (нулиран) този паразитен ефект се използва задължително термокомпенсационна схема, обработваща напреженията V₄ (Т) и V₅₇(T) на сензорните канали 15 и 16. При това в непосредствена близост до мултисензора се формира температурен преобразувателен елемент заедно с интерфейсната за него схемотехника. Това решение съществено усложнява този клас двумерни векторни магнитометри. Ето защо в новия мултисензор е избран принципно различен подход. Успешно е осъществена функционална интеграция към измерването на компоненти Β_χ и В и на температурен сензор, регистриращ температурата на околната среда. Когато р-п преходът емитерът 2 - базовия контакт 3 функционира в режим генератор на ток I₂ = const, изходното му напрежение V₂₃(T) 17 е линейна функция на температурата Т. Експериментално е установено, че този температурнозависим сигнал V₂₃(T) 17 не сеThe main disadvantage of measuring the two vector components Β _χ and B multisensor elements is the strong temperature dependence of the output signals V ₄₆ (T) 15 and V ₅ (T) 16. In order to compensate (zero) this parasitic effect, a thermocompensation scheme must be used, processing the voltages V ₄ (T) and V ₅₇ (T) of the sensor channels 15 and 16. In this case, a temperature converter element is formed in the immediate vicinity of the multisensor together with the interface circuitry. This solution significantly complicates this class of two-dimensional vector magnetometers. That is why a fundamentally different approach has been chosen in the new multisensor. Functional integration to the measurement of components Β _χ and B and of a temperature sensor registering the ambient temperature has been successfully implemented. When the p-n junction emitter 2 - the base contact 3 operates in the current generator mode I ₂ = const, its output voltage V ₂₃ (T) 17 is a linear function of the temperature T. It is experimentally found that this temperature-dependent signal V ₂₃ (T ) 17 does not

Описания на издадени патенти за изобретения № 08.2/31.08.2018 влияе от посоката и стойността на магнитното поле В 14 в твърде широк интервал ΔΒ. Този резултат е ключов за новия мултисензор. Следователно чрез новия елемент може едновременно и независимо с една и съща преобразувателна зона да се измерят стойностите и посоките на компоненти Β_χ и В_у, и на температурата на средата, те. на полупроводниковата подложка 1. Така линейното напрежение V₂₃(T) 17 успешно може да се подаде за управление на термокомпенсациоината схема на двата изхода 15 и 16. Главните предимства са опростяването на цялостната конструкция и точността на компенсацията, понеже преобразувателите механизми се развиват в една и съща зона. Приборната конструкция съдържа шест - 2, 3, 4, 5, 6 и 7 вместо девет активни сензорни контакти както е в известното решение.Descriptions of issued patents for inventions № 08.2 / 31.08.2018 influenced by the direction and value of the magnetic field B 14 in a very wide range ΔΒ. This result is key for the new multisensor. Therefore, the values and directions of the components Β _χ and B _y , and of the temperature of the medium, they can be measured simultaneously and independently with the same conversion zone by means of the new element. of the semiconductor substrate 1. Thus the line voltage V ₂₃ (T) 17 can be successfully applied to control the thermal compensation circuit of the two outputs 15 and 16. The main advantages are the simplification of the overall design and the accuracy of compensation because the converters are developed in one and the same area. The instrument design contains six - 2, 3, 4, 5, 6 and 7 instead of nine active sensor contacts as in the known solution.

Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в оригиналната приборна конструкция, драстично редуцираща колекторните токове, основната причина, повишаваща резолцията на устройството както и иновативната функционална интеграция на още един преобразувател в мултисензора - този за температурата на околната среда.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the original instrument design, drastically reducing the collector currents, the main reason for increasing the resolution of the device and the innovative functional integration of another converter in the multisensor - the ambient temperature.

Мултисензорният елемент може да се реализира с различните модификации на планарната силициева технология - CMOS, BiCMOS, а при необходимост може да се използват микромашининг силициеви процеси.The multisensor element can be realized with various modifications of the planar silicon technology - CMOS, BiCMOS, and if necessary micromachining silicon processes can be used.

Claims

Patent claims

A multisensor element comprising a semiconductor substrate with a first conductivity type, on one side of which a central contact with a second conductivity type and a regular shape are formed, with a base contact with the first conductivity type at equal distances and symmetrically to it. this contact two pairs of identical rectangular contacts with the second type of conductivity, first and second current sources, as the central and basic contact are connected through the first current source so that the emitter central contact - base contact is connected in the right direction and the four rectangular contacts are connected through the same by value load resistors with one terminal of a second current source, the other terminal of which is connected to the base contact so that the collectors rectangular contacts - base contact are included in the opposite direction, as the terminals of the current sources connected to the base contact are connected to each other. the vector of the measured external magnetic field lies in the plane of the substrate, ha characterized in that the shape of the central contact (2) is cross-shaped, and the base contact (3) is a deep ring and is square in shape on its outer sides and near them are located rectangular contacts (4, 5, 6 and 7) with the second type of conductivity, as the emitter central contact (2) - ring (3) operates in current generator mode, and the pairs opposite to the central contact (2) external rectangular contacts (4 and 6) and respectively 5 and 7 ) are the outputs (15 and 16) for the two orthogonal plane components of the magnetic field vector (14), and the central contact (2) and the ring (3) are the output (17) of the multisensor element for the ambient temperature.