BG66874B1 - A multisensory device - Google Patents
A multisensory device Download PDFInfo
- Publication number
- BG66874B1 BG66874B1 BG112064A BG11206415A BG66874B1 BG 66874 B1 BG66874 B1 BG 66874B1 BG 112064 A BG112064 A BG 112064A BG 11206415 A BG11206415 A BG 11206415A BG 66874 B1 BG66874 B1 BG 66874B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- contacts
- emitter
- bases
- output
- shaped
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до мултисензорно устройство, приложимо в областта на роботиката и мехатрониката; сензориката; безпилотните летателни апарати; контролно-измервателната техника; микро- и нанотехнологиите; позиционирането на обекти в равнината и пространството; безконтактното измерване на физични, химични и механични величини, еднозначно свързани с магнитното поле като електрически ток, мощност, енергия, ъглови и линейни премествания, сила; енергетиката; военното дело и сигурността; контратероризма и др.The invention relates to a multisensor device useful in the field of robotics and mechatronics; sensors; unmanned aerial vehicles; control and measuring equipment; micro- and nanotechnologies; the positioning of objects in the plane and space; non-contact measurement of physical, chemical and mechanical quantities uniquely related to the magnetic field such as electric current, power, energy, angular and linear displacements, force; energy; military affairs and security; counterterrorism, etc.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е мултисензорно устройство, измерващо последователно трите взаимноперпендикулярни компоненти на вектора на магнитното поле, съдържащ п-тип полупроводникова подложка, върху едната страна на която са формирани омични контакти, токоизточник, три диференциални изхода, като с три последователни комбинации на свързване на тези контакти се измерват трите компоненти на магнитното поле с произволна посока спрямо подложката. Подложката е с квадратна форма, по четирите края на едната й страна са формирани по часовниковата стрелка омичните контакти - първи, втори, трети и четвърти, като първият и третият, и съответно вторият и четвъртият са разположени диагонално. Изходът за първата компонента на магнитното поле са вторият и третият омичен контакт, а първият и четвъртият са включени към токоизточника. Изходът за втората компонента са третият и четвъртият, а първият и вторият контакт са свързани с токоизточника и изходът за третата компонента са вторият и четвъртият контакт, а първият и третият са включени към токоизточника [1, 2, 3].A multisensor device is known which measures successively the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector, comprising a n-type semiconductor substrate, on one side of which are formed ohmic contacts, a current source, three differential outputs, with three consecutive combinations of connecting these contacts. measure the three components of the magnetic field in any direction with respect to the substrate. The pad has a square shape, at the four ends of one side are formed clockwise ohmic contacts - first, second, third and fourth, as the first and third, and respectively the second and fourth are located diagonally. The outputs for the first component of the magnetic field are the second and third ohmic contacts, and the first and fourth are connected to the current source. The outputs for the second component are the third and fourth, and the first and second contacts are connected to the current source, and the outputs for the third component are the second and fourth contacts, and the first and third are connected to the power source [1, 2, 3].
Недостатък на това мултисензорно устройство е понижената точност при последователното измерване на трите компоненти на вектора на магнитното поле в резултат на силната температурна зависимост на магниточувствителностите на формираните три канала и на температурния дрейф на съответните паразитни напрежения на изходите без магнитно поле (офсетите), както и отсъствието на температурнозависим сигнал за компенсация на тези недостатъци, произхождащ от самото устройство.The disadvantage of this multisensor device is the reduced accuracy in sequential measurement of the three components of the magnetic field vector as a result of the strong temperature dependence of the magnetic sensitivities of the formed three channels and the temperature drift of the respective parasitic voltages at the outputs without magnetic field (offsets). the absence of a temperature-dependent signal to compensate for these deficiencies originating from the device itself.
Недостатък е още усложняването на конструкцията поради необходимостта да се реализира в непосредствена близост до мултисензорното устройство, върху същата полупроводникова подложка, на отделен температурен преобразувател със съпътстващата го електроника, изходният сигнал на който да се използва в схемата за последваща термокомпенсация на трите изхода и дрейфа на офсетите.Another disadvantage is the complexity of the design due to the need to be realized in close proximity to the multisensor device, on the same semiconductor substrate, on a separate temperature converter with the accompanying electronics, the output signal of which is used in the circuit for subsequent thermal compensation of the three outputs and drift. offsets.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде мултисензорно устройство с повишена точност при последователното измерване на трите взаимноперпендикулярни компоненти на вектора на магнитното поле и с опростена конструкция, като отпадне необходимостта от формиране върху същия чип на допълнителен температурен преобразувател за термокомпенсационната схема на трите магниточувствителни изхода и дрейфа на офсетите.The object of the invention is to create a multisensor device with increased accuracy in sequential measurement of the three mutually perpendicular components of the magnetic field vector and with a simplified construction, eliminating the need to form on the same chip an additional temperature transducer for the thermal compensation circuit of the three magnetic fields. of offsets.
Тази задача се решава с мултисензорно устройство, съдържащо правоъгълна полупроводникова подложка с първи п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани централен контакт (емитер) с втори р-тип примесна проводимост и квадратна форма, като на равни разстояния и симетрично спрямо две от срещуположните му страни има по един омичен базов контакт (база) с първия п-тип проводимост и с правоъгълна форма. Има още по два еднакви Г-образни омични контакти с първия п-тип проводимост, които са разположени симетрично спрямо централния контакт и са в близост до еднаквите бази, като дългите им страни са откъм емитера и са успоредни на дългите страни на базите, а късите страни на Г-образните контакти са откъм късите страни на базите и са успоредни на тях. Базите са свързани с единия извод на генератор на постоянен ток, а емитерът - с другия му извод така, че диодният преход емитер - бази да е включен в права посока. Има още три диференциални изхода, като с три последователни комбинации на свързване на Г-образните контакти се измерват трите взаимноперпендикулярни компоненти на магнитното поле с произволна посока спрямо подложката. Изходът за първата компонента на магнитното поле са двойките Г-образни контакти, разположениThis problem is solved with a multisensor device containing a rectangular semiconductor substrate with a first p-type impurity conductivity, on one side of which are formed a central contact (emitter) with a second p-type impurity conductivity and a square shape, at equal distances and symmetrically with respect to two of its opposite sides have an ohmic base contact (base) with the first n-type conductivity and a rectangular shape. There are two more identical L-shaped ohmic contacts with the first p-type conductivity, which are located symmetrically to the central contact and are close to the same bases, their long sides are on the emitter side and are parallel to the long sides of the bases, and the short ones sides of the L-shaped contacts are on the short sides of the bases and are parallel to them. The bases are connected to one terminal of a DC generator, and the emitter - to its other terminal so that the diode junction emitter - bases is connected in the right direction. There are three more differential outputs, with three consecutive combinations of L-shaped contacts connecting the three mutually perpendicular components of the magnetic field in any direction relative to the substrate. The output for the first component of the magnetic field are the pairs of L-shaped contacts located
Описания на издадени патенти за изобретения № 05.2/31.05.2019 в близост до съответните бази, като контактите от всяка двойка са свързани помежду си. Изходът за втората компонента са двойките срещуположни спрямо емитера Г-образни контакти, като контактите от всяка двойка са свързани помежду си. Изходът за третата компонента са Г-образните контакти, диагонално разположени спрямо емитера и свързани помежду си в двойки, като базите и емитерът са изходът за температурата на подложката.Descriptions of issued patents for inventions № 05.2 / 31.05.2019 near the respective bases, as the contacts of each pair are interconnected. The output for the second component is the pairs opposite to the emitter L-shaped contacts, as the contacts of each pair are connected to each other. The output for the third component is the L-shaped contacts, located diagonally to the emitter and connected to each other in pairs, the bases and the emitter being the output for the substrate temperature.
Предимство на изобретението е повишената точност на измерване на трите взаимноперпендикулярни компоненти на магнитното поле чрез термокомпенсация на изменението на магниточувствителностите на каналите от температурата с помощта на функционално интегриран сензор за температура в самата полупроводникова подложка, изходът на който управлява схемата за компенсация.An advantage of the invention is the increased accuracy of measurement of the three mutually perpendicular components of the magnetic field by thermal compensation of the change of the magnetic sensitivities of the channels by the temperature by means of a functionally integrated temperature sensor in the semiconductor substrate, the output of which controls the compensation circuit.
Предимство е също допълнителното увеличаване на измервателната точност на устройството от възможността за компенсиране на температурните дрейфове на офсетите при последващата интерфейсна обработка на сигналите.Another advantage is the additional increase in the measuring accuracy of the device from the possibility to compensate for the temperature drifts of the offsets during the subsequent interface signal processing.
Предимство е още опростената конструкция поради отпадане на необходимостта от формиране на допълнителен температурен преобразувател заедно със съпътстващата го електроника за термокомпенсация на характеристиките на микросензора.Another advantage is the simplified design due to the elimination of the need to form an additional temperature transducer together with the accompanying electronics for thermal compensation of the characteristics of the microsensor.
Предимство е и повишената резолюция на устройството в резултат на увеличеното отношение сигнал/шум на изходните канали, тъй като не се налага превключване на захранващия ток при различните комбинации на свързване, както това е в известното решение.Another advantage is the increased resolution of the device as a result of the increased signal-to-noise ratio of the output channels, as it is not necessary to switch the supply current at different connection combinations, as is the case in the known solution.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложените фигури, където:The invention is illustrated in more detail by an embodiment thereof, given in the accompanying figures, wherein:
фигура 1 е приборната конструкция на мултисензорното устройство;Figure 1 is the instrumental construction of the multisensor device;
фигура 2 е включеното устройство към генератора на постоянен ток, свързването на Г-образните контакти за измерване на първата компонента на магнитното поле, както и температурният изход емитер-база;Figure 2 shows the device connected to the DC generator, the connection of the L-shaped contacts for measuring the first component of the magnetic field, as well as the emitter-base temperature output;
фигура 3 е включеното към захранването устройство и свързването на Г-образните контакти за измерване на втората компонента на магнитното поле;Figure 3 is a device connected to the power supply and the connection of the L-shaped contacts for measuring the second component of the magnetic field;
фигура 4 е свързването на Г-образните контакти за измерване на третата ортогонална компонента на магнитното поле.Figure 4 is the connection of the L-shaped contacts for measuring the third orthogonal component of the magnetic field.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Мултисензорното устройство съдържа правоъгълна полупроводникова подложка 1 с първи п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани централен контакт (емитер) 2 с втори р-тип примесна проводимост и квадратна форма като на равни разстояния и симетрично спрямо две от срещуположните му страни има по един омичен базов контакт (база) 3 и 4 с първия п-тип проводимост и с правоъгълна форма. Има още по два еднакви Г-образни омични контакти 5 и 6, и съответно 7 и 8 с първия п-тип проводимост, които са разположени симетрично спрямо централния контакт 2 и са в близост до еднаквите бази 3 и 4, като дългите им страни са откъм емитера 2 и са успоредни на дългите страни на базите 3 и 4, а късите страни на Г-образните контакти 5, 6, 7 и 8 са откъм късите страни на базите 3 и 4 и са успоредни на тях. Базите 3 и 4 са свързани с единия извод на генератор на постоянен ток 9, а емитерът 2 - с другия му извод така, че диодният преход емитер 2 - бази 3 и 4 да е включен в права посока. Има още три диференциални изхода 10,11 и 12, като с три последователни комбинации на свързване на Г-образните контакти 5, 6, 7 и 8 се измерват трите взаимноперпендикулярни компоненти на магнитното поле 13 с произволна посока спрямо подложката 1. Изходът 10 за първата компонента на магнитното поле 13 са двойките Г-образни контакти 5 и 6, и съответно 7 и 8, разположени в близост до базите 3 и 4, като контактите от всяка двойка 5 и 6, и 7 и 8 са свързани помежду си. Изходът 11 за втората компонента са двойките срещуположни спрямо емитера Г-образни контакти 5 и 7, и 6 и 8, като контактите от всяка двойка 5 и 7, и 6 и 8 са свързани помежду си. Изходът 12 за третата компонента са Г-образните контакти 5 и 8, и 6 и 7, диагонално разположени спрямо емитера 2 и свързани помежду си в двойки, като базите 3 и 4 и емитерът 2 са изходът 14 за температурата на подложката 1.The multisensor device comprises a rectangular semiconductor substrate 1 with a first p-type impurity conductivity, on one side of which a central contact (emitter) 2 with a second p-type impurity conductivity and a square shape are formed at equal distances and symmetrically to two of its opposite sides. there is one ohmic base contact (base) 3 and 4 with the first n-type conductivity and rectangular shape. There are two more identical L-shaped ohmic contacts 5 and 6, and respectively 7 and 8 with the first n-type conductivity, which are located symmetrically with respect to the central contact 2 and are close to the same bases 3 and 4, their long sides being from the emitter 2 and are parallel to the long sides of the bases 3 and 4, and the short sides of the L-shaped contacts 5, 6, 7 and 8 are from the short sides of the bases 3 and 4 and are parallel to them. Bases 3 and 4 are connected to one terminal of a DC generator 9, and the emitter 2 - to its other terminal so that the diode junction emitter 2 - bases 3 and 4 is connected in a straight line. There are three more differential outputs 10, 11 and 12, with three consecutive combinations of connecting the L-shaped contacts 5, 6, 7 and 8 measuring the three mutually perpendicular components of the magnetic field 13 in any direction relative to the substrate 1. Output 10 for the first the component of the magnetic field 13 are the pairs of L-shaped contacts 5 and 6, and 7 and 8, respectively, located near the bases 3 and 4, the contacts of each pair 5 and 6, and 7 and 8 being connected to each other. The output 11 for the second component are the pairs opposite to the emitter L-shaped contacts 5 and 7, and 6 and 8, the contacts of each pair 5 and 7, and 6 and 8 being connected to each other. The output 12 for the third component are the L-shaped contacts 5 and 8, and 6 and 7, located diagonally to the emitter 2 and connected to each other in pairs, the bases 3 and 4 and the emitter 2 being the output 14 for the substrate temperature 1.
Описания на издадени патенти за изобретения № 05.2/31.05.2019Descriptions of issued patents for inventions № 05.2 / 31.05.2019
Действието на мултисензорното устройство, съгласно изобретението, е следното.The operation of the multisensor device according to the invention is as follows.
Главна особеност, заложена в измерването на пълния магнитен вектор В/В.В.В) 13 е нелинейната траектория на движение на токоносителите в подложката 1 с планарно разположените базови контакти 3 и 4, свързани към генератора на постоянен ток 9, [3]. Токовите линии стартират, например, от емитера 2 към базите 3 и 4, Фигура 1. В отсъствие на магнитното поле В 13, В = 0, омичните контакти 3 и 4 представляват еквипотенциални равнини. През тях постъпва такова количество основни токоносители, колкото са инжектираните от емитера 2. В зоните под базите 3 и 4 токовите линии 13 и I са вертикално насочени и основните носители проникват дълбоко в обема на полупроводниковата подложка 1. Едновременно емитерът (емитерният р-п преход) 2 инжектира неравновесни неосновни носители в подложката 1, които чрез дрейф и дифузия формират две противоположни токови компоненти към контактите 3 и 4.The main feature of the measurement of the total magnetic vector B / VVB) 13 is the nonlinear trajectory of the current carriers in the substrate 1 with the planarly located base contacts 3 and 4 connected to the DC generator 9, [3]. The current lines start, for example, from the emitter 2 to the bases 3 and 4, Figure 1. In the absence of the magnetic field B 13, B = 0, the ohmic contacts 3 and 4 represent equipotential planes. They receive as much main current carriers as are injected by the emitter 2. In the zones below bases 3 and 4 the current lines 1 3 and I are vertically directed and the main carriers penetrate deep into the volume of the semiconductor substrate 1. Simultaneously the emitter (emitter p-p transition) 2 injects nonequilibrium non-basic carriers into the substrate 1, which by drift and diffusion form two opposite current components to contacts 3 and 4.
При наличие на магнитно поле В 13. В 7 0, произходът на магниточувствителностите на комбинирания микросензор се определят от ефекта на Хол - възникването на допълнителни потенциали в ограничени структури от действието на силата на Лоренц FL = qV х В, където q е елементарният товар на електрона, [3]. Нейното действие в отделните части от двете криволинейни траектории 13 и I в зависимост от индивидуалните посоки на ортогоналните компоненти Βχ, В и B e различно. Основно силата на Лоренц FL управлява ефективно двете токови компоненти от основни носители в областите под бази 3 и 4. Детектирането на изходни напрежения за всяка една от магнитните компоненти се постига чрез иновативната конструкция на комбинирания микросензор и с една от трите последователни комбинации на свързване на Г-образните омични контакти 5, 6, 7 и 8. По същество тези регистриращи контакти 5, 6, 7 и 8 са Холови, т.е. върху тях се генерират от взаимноперпендикулярните компоненти Βχ, В и Βχ на магнитното поле В 13 напрежения на Хол VH. Специфичната Г-образна форма на Ходовите контакти има за цел да обхване и екстрахира максимално пълно възникналите допълнителни потенциали, генерирани от трите магнитни компоненти. Магниточувствителността по оста х, т.е. първата компонента на вектора В 13, Фигура 2, се определя от Лоренцовото отклонение на основните токоносители в равнината y-z: FL = qVy х Βχ. В този случай върху контактите 5 и 6, и съответно върху 7 и 8 се генерират в магнитно поле Βχ едновременно допълнителни потенциали с противоположен знак и с една и съща стойност. При свързването на контактите 5 - 6 и 7 - 8 информационният сигнал VHx на изхода 10 напълно характеризира компонентата Βχ. Магниточувствителността по оста у, Фигура 3, се определя от Лоренцовата дефлекция на основните токоносители в равнината χ-ζ: FL = qvx X Ву. Така върху Ходовите контакти 5 и 7, и съответно 6 и 8 в поле В се генерират едновременно допълнителни потенциали с противоположен знак и с една и съща стойност. Информацията за компонентата В се определя от напрежението на Хол VH на изхода 11. Магниточувствителността по оста z, Фигура 4, се генерира от Лоренцовото отклонение на електроните основно в равнината х-у: FL = qVx х Bz и FL = qV х Bz, т.е. преобразувателната ефективност на сензора по оста z се дефинира едновременно от скоростите Vx и Vy на токоносителите в близост до базите 3 и 4, т.е. там, където доминират основни токоносители и ролята на инжекцията е минимална. Това води до „свиване” и „разгъване” на двете симетрични токови траектории I и I Върху диагонално разположените спрямо емитера 2 Г-образни контакти 5 и 8, и съответно 6 и 7 в поле Bz възникват едновременно допълнителни потенциали с противоположен знак и с една и съща стойност. Измерването на компонентата Bz се определя от напрежението на Хол VH на изхода 12. Разполагането на регистриращите Холови контакти 5, 6, 7 и 8 в близост до захранващите 3 и 4 е свързано с по-високите стойности на Ходовите потенциали, генерирани от вертикалните и хоризонталните токови линии 13 и I в зоните под тях. Последователното установяване на трите конфигурации на свързване на контактите 5, 6, 7 и 8, Фигура 2, Фигура 3 и Фигура 4, се осъществява чрез мултиплексор с честота / която да е по-голяма от евентуални изменения във времето на посоката и стойността на вектора В 13. Стойността на параметъра В 13 се дава с релацията | В | = (Βχ 2 + В; + Βζ 2)12, [3]. Предимство на решението е, че не се налага превключване на захранващия ток по време на измерването. Това води до по-ниски стойности на собствения шум на микросензора.In the presence of a magnetic field B 13. B 7 0, the origin of the magnetic sensitivities of the combined microsensor is determined by the Hall effect - the occurrence of additional potentials in limited structures by the action of the Lorentz force F L = qV x B, where q is the elementary load of the electron, [3]. Its action in the separate parts of the two curvilinear trajectories 1 3 and I depending on the individual directions of the orthogonal components Β χ , B and B is different. Basically, the Lorentz force F L effectively controls the two current components of the main carriers in the areas under bases 3 and 4. The detection of output voltages for each of the magnetic components is achieved through the innovative design of the combined microsensor and one of the three consecutive connection combinations. The L-shaped ohmic contacts 5, 6, 7 and 8. In essence, these registering contacts 5, 6, 7 and 8 are Hall contacts, i. on them are generated by the mutually perpendicular components Β χ , B and Β χ of the magnetic field B 13 Hall voltages V H. The specific L-shape of the travel contacts aims to capture and extract as fully as possible the additional potentials generated by the three magnetic components. The magnetic sensitivity along the x-axis, ie. the first component of the vector B 13, Figure 2, is determined by the Lorentz deviation of the main current carriers in the yz plane: F L = qV y x Β χ . In this case, on potentials 5 and 6, and respectively on 7 and 8, additional potentials with opposite sign and with the same value are generated simultaneously in a magnetic field Β χ . When connecting contacts 5 - 6 and 7 - 8, the information signal V Hx at the output 10 fully characterizes the component Β χ . The magnetic sensitivity along the y-axis, Figure 3, is determined by the Lorentz deflection of the main current carriers in the plane χ-ζ: F L = qv x X B y . Thus, on the Travel contacts 5 and 7, and respectively 6 and 8 in field B, additional potentials with opposite sign and with the same value are generated simultaneously. The information about the component B is determined by the Hall voltage V H at the output 11. The magnetosensitivity along the z axis, Figure 4, is generated by the Lorentz deviation of the electrons mainly in the x-y plane: FL = qV x x B z and F L = qV x B z , i.e. the conversion efficiency of the sensor along the z axis is defined simultaneously by the velocities V x and V y of the current carriers near the bases 3 and 4, i. where major current carriers predominate and the role of injection is minimal. This leads to "shrinkage" and "unfolding" of the two symmetric current trajectories I and I. On the diagonally located to the emitter 2 L-shaped contacts 5 and 8, and respectively 6 and 7 in field B z there are additional potentials with opposite sign and with the same value. The measurement of the component B z is determined by the voltage of Hall V H at the output 12. The location of the recording Hall contacts 5, 6, 7 and 8 near the power supplies 3 and 4 is related to the higher values of the Stroke potentials generated by the vertical and the horizontal current lines 1 3 and I in the areas below them. The sequential establishment of the three connection configurations of contacts 5, 6, 7 and 8, Figure 2, Figure 3 and Figure 4, is performed by a multiplexer with a frequency / which is greater than any changes in time of the direction and value of the vector In 13. The value of the parameter In 13 is given by the relation | In | = (Β χ 2 + В; + Β ζ 2 ) 12 , [3]. The advantage of the solution is that it is not necessary to switch the supply current during the measurement. This results in lower values of the microsensor's own noise.
В многомерната магнитометрия е от особена важност паразитното междуканално влияние, т.е. паразитното въздействие на генерираните сигнали от двете неизмервани компоненти върху изходнияIn multidimensional magnetometry the parasitic interchannel influence is of special importance, ie. the parasitic effect of the signals generated by the two unmeasured components on the output
Описания на издадени патенти за изобретения № 05.2/31.05.2019 канал на регистрираната трета компонента. Използваното в случая решение на този принципен проблем е симетрията на структурата по отношение на емитера 2, Фигура 1, и оригиналните способи на свързване на съответните Г-образни изходни контакти 5, 6, 7 и 8. Например, ако се измерва полето Bz, едновременното действие на останалите две компоненти Βχ и В води до синфазни допълнителни потенциали върху така свързаните електроди 5-6 и 7-8. Тези паразитни потенциали се взаимно компенсират от съответния диференциален изход VHz 12. Аналогично е компенсирането на междуканалното паразитно влияние и за другите сензорни канали 10 и 11.Descriptions of issued patents for inventions № 05.2 / 31.05.2019 channel of the registered third component. The solution used in this case to this fundamental problem is the symmetry of the structure with respect to the emitter 2, Figure 1, and the original ways of connecting the respective L-shaped output contacts 5, 6, 7 and 8. For example, if the field B z is measured, the simultaneous action of the other two components Β χ and B leads to in-phase additional potentials on the thus connected electrodes 5-6 and 7-8. These parasitic potentials are mutually compensated by the corresponding differential output V Hz 12. The compensation of the interchannel parasitic influence is similar for the other sensor channels 10 and 11.
Компенсирането на температурната зависимост на магниточувствителностите на трите изходни канала 10,11 и 12, както и на температурния дрейф на офсетите най-често в многомерната магнитометрия се решава с отделен температурен сензор. За целта в непосредствена близост до 3D преобразувателя се разполага този термосензор заедно с интерфейсната му електроника. Това решение, освен че е сложно, с него трудно се постигат еднакви температурни условия за магнитометъра и термопреобразувателя. Ето защо в комбинирания микросензор съгласно изобретението е избран принципно различен подход. Успешно е осъществена функционална интеграция към последователното измерване на компоненти Βχ, Ву и Bz още и на температурен сензор, регистриращ максимално адекватно температурата на околната среда и на подложката 1. Когато диодният р+-п преход емитерът 2 - базите 3 и 4 функционира в режим генератор на постоянен ток I = const, изходното му напрежение V2 (Т) е линейна функция на температурата Т, [3]. В нашия случай е установено експериментално, че температурнозависимият сигнал V2 (Т) не се влияе от посоката и стойността на магнитното поле В 13 в твърде широк интервал на индукцията ΔΒ. Този резултат е ключов за метрологията на комбинирания микросензор. Следователно с една и съща преобразувателна зона в подложката 1 могат да се измерят освен стойностите и посоките на магнитните компоненти Βχ, В и Βζ, така и температурата на средата, т.е. на самата подложка 1 заедно с всички контакти 2,3,4, 5, 6, 7 и 8. Така линейното напрежение V2 (Т) успешно може да се подаде за управление на термокомпенсационна схема или блок, изградени чрез измервателен усилвател с управляем коефициент на усилване. На втория, управляващия вход на този усилвател се подава линейното температурнозависимо напрежение V2 (Т), а на основния му вход - съответните магниточувствителни изходи 10, 11 и 12. Главните предимства на това решение са опростяването на цялостната конструкция и твърде високата точност на компенсацията, понеже преобразувателните механизми се развиват в една съща зона. Постига се повишена метрологична точност чрез компенсация на температурната зависимост на магниточувствителностите на трите изхода 10, 11 и 12, както и на температурните дрейфове на техните офсети.The compensation of the temperature dependence of the magnetic sensitivities of the three output channels 10,11 and 12, as well as of the temperature drift of the offsets is most often solved in multidimensional magnetometry with a separate temperature sensor. For this purpose, this thermosensor together with its interface electronics is located in the immediate vicinity of the 3D converter. This solution, in addition to being complex, makes it difficult to achieve the same temperature conditions for the magnetometer and the thermocouple. Therefore, a fundamentally different approach is chosen in the combined microsensor according to the invention. Functional integration has been successfully performed to the sequential measurement of components В χ , B y and B z and a temperature sensor that registers as adequately as possible the ambient temperature and the substrate 1. When the diode p + -n junction emitter 2 - bases 3 and 4 operates in DC generator mode I = const, its output voltage V 2 (T) is a linear function of temperature T, [3]. In our case, it was found experimentally that the temperature-dependent signal V 2 (T) is not influenced by the direction and value of the magnetic field B 13 in a very wide range of induction ΔΒ. This result is key to the metrology of the combined microsensor. Therefore, with the same conversion zone in the substrate 1, in addition to the values and directions of the magnetic components Β χ , B and Β ζ , the temperature of the medium can be measured, ie. on the substrate 1 together with all contacts 2,3,4, 5, 6, 7 and 8. Thus the line voltage V 2 (T) can be successfully applied to control a thermal compensation circuit or block built by a measuring amplifier with a controllable coefficient of amplification. The second, control input of this amplifier is supplied with the linear temperature-dependent voltage V 2 (T), and its main input - the corresponding magnetically sensitive outputs 10, 11 and 12. The main advantages of this solution are the simplification of the overall design and very high compensation accuracy because the conversion mechanisms develop in the same zone. Increased metrological accuracy is achieved by compensating for the temperature dependence of the magnetic sensitivities of the three outputs 10, 11 and 12, as well as the temperature drifts of their offsets.
При необходимост за компенсиране на самите офсети може да се въведе тример г между базите 3 и 4. С него лесно се осъществява нулирането в отсъствие на магнитно поле В 13 на неминуемите паразитни напрежения на изходите 10, 11 и 12 на микросензора. Постига се подобряване на електрическата симетрия на процесите, протичащи в подложката 1. Също така е възможно формирането на дълбок правоъгълен ринг с втория тип проводимост, заобикалящ контактите 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, за да се отдели ефективната сензорна зона от останалия обем на подложката 1. По този начин в дълбочина се формират ограничителни повърхности за протичащите в структурата 1 захранващи токове, подложени на Лоренцовото отклоняващо въздействие. Повърхностното разтичане на токовете също се редуцира с този ринг. Свързването на средната точка на тримера г с ринга включва р-п прехода ринг-подложката 1 в обратна посока. Постига се екстракция на дупките (неосновните неравновесни токоносители) от ефективната преобразувателна зона. Така тяхната концентрация там намалява и негативната роля на биполярната проводимост върху магниточувствителностите, т.е. върху ефекта на Хол, се редуцира.If necessary, to compensate for the offsets themselves, a trimmer d can be introduced between the bases 3 and 4. It easily resets in the absence of magnetic field B 13 the inevitable parasitic voltages at the outputs 10, 11 and 12 of the microsensor. Improving the electrical symmetry of the processes taking place in the substrate 1 is achieved. It is also possible to form a deep rectangular ring with the second type of conductivity, surrounding the contacts 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, in order to separate the effective sensor. area of the remaining volume of the substrate 1. In this way, in depth, limiting surfaces are formed for the supply currents flowing in the structure 1, subjected to the Lorentz deflection effect. The surface current flow is also reduced with this ring. The connection of the middle point of the trimmer r with the ring includes the pn junction of the ring pad 1 in the opposite direction. Extraction of the holes (non-basic nonequilibrium current carriers) from the effective conversion zone is achieved. Thus, their concentration there reduces the negative role of bipolar conductivity on magnetic sensitivities, ie. on the Hall effect is reduced.
Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в свързването на оригинално избраните Г-образни регистриращи контакти 5,6,7 и 8, формиращи последователно трите диференциални изхода 10, 11 и 12. Именно това дава възможност за селективно извличане на пълната сензорна информация за трите ортотонални компоненти на полето В 13. Едновременно се осъществява функционална интеграция на 3D магнитометъра със сензора за температура, като този термопреобразувател се използва за компенсация на дефектите, свързани с негативното влияние на температурата.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the connection of the originally selected L-shaped registration contacts 5,6,7 and 8, forming in series the three differential outputs 10, 11 and 12. This allows for selective extraction of complete sensory information for the three orthotonic components of the B field 13. Simultaneously, the 3D magnetometer is functionally integrated with the temperature sensor, and this thermocouple is used to compensate for the defects associated with the negative influence of temperature.
Линейният температурнозависим сигнал V2 3 4(T) може да се използва независимо за целите наThe linear temperature - dependent signal V 2 3 4 (T) can be used independently for the purposes of
Описания на издадени патенти за изобретения № 05.2/31.05.2019 метрологията, което го прави с универсална приложимост. Комбинираният микросензор може да се реализира с добре апробираните силициеви IC технологии. Той допуска интегриране заедно с обработващата сигналите периферна електроника. Действието му е в широк температурен диапазон ΔΤ, включително в областта на криогенните температури.Descriptions of issued patents for inventions № 05.2 / 31.05.2019 metrology, which makes it universally applicable. The combined microsensor can be realized with well-tested silicon IC technologies. It allows integration with signal processing peripherals. Its action is in a wide temperature range ΔΤ, including in the field of cryogenic temperatures.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112064A BG66874B1 (en) | 2015-07-28 | 2015-07-28 | A multisensory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112064A BG66874B1 (en) | 2015-07-28 | 2015-07-28 | A multisensory device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112064A BG112064A (en) | 2017-01-31 |
| BG66874B1 true BG66874B1 (en) | 2019-04-30 |
Family
ID=58776010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112064A BG66874B1 (en) | 2015-07-28 | 2015-07-28 | A multisensory device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66874B1 (en) |
-
2015
- 2015-07-28 BG BG112064A patent/BG66874B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG112064A (en) | 2017-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9252355B2 (en) | Low offset and high sensitivity vertical hall effect sensor | |
| BG66874B1 (en) | A multisensory device | |
| BG66884B1 (en) | Combined microsensor | |
| RU2437185C2 (en) | Integral magnetotransistor sensor with digital output | |
| Lozanova et al. | 2D in-plane Hall sensing based on a new microdevice coupling concept | |
| BG66829B1 (en) | Integral 3-d magnetic field microsensor | |
| BG113014A (en) | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity | |
| BG112804A (en) | 2d hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| RU2591736C1 (en) | Magnetic transistor with collector current compensation | |
| Lozanova et al. | Magnetotransistor Sensors with Different Operation Modes | |
| BG113018A (en) | In-plane magnetosensitive hall effect device | |
| Leepattarapongpan et al. | Merged three-terminal magnetotransistor based on the carrier recombination-deflection effect | |
| BG66707B1 (en) | Multisensor element | |
| BG67414B1 (en) | Hall effect element | |
| BG66954B1 (en) | A 2d semiconductor magnetometer | |
| BG109952A (en) | Microsystem for measuring the three magnetic field components | |
| BG112935A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG67160B1 (en) | Magnetoresistive semiconductor sensor | |
| BG67249B1 (en) | Integrated hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG67250B1 (en) | Hall effect semiconductor device | |
| BG112816A (en) | Semiconductor configuration with planar magnetic sensitivity | |
| BG110064A (en) | Magnetotransistor sensor | |
| BG66985B1 (en) | A surface-magnetically sensitive hall transformer | |
| BG112007A (en) | A plain magnetically sensitive hall’s effect sensor | |
| BG112694A (en) | Integrated two-axis magnetic field sensor |