[go: up one dir, main page]

BG65345B1 - Trimmer vector hall sensor - Google Patents

Trimmer vector hall sensor Download PDF

Info

Publication number
BG65345B1
BG65345B1 BG108015A BG10801503A BG65345B1 BG 65345 B1 BG65345 B1 BG 65345B1 BG 108015 A BG108015 A BG 108015A BG 10801503 A BG10801503 A BG 10801503A BG 65345 B1 BG65345 B1 BG 65345B1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
contacts
output
sectioned
magnetic field
hall
Prior art date
Application number
BG108015A
Other languages
Bulgarian (bg)
Other versions
BG108015A (en
Inventor
Original Assignee
РУМЕНИН Чавдар
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by РУМЕНИН Чавдар filed Critical РУМЕНИН Чавдар
Priority to BG108015A priority Critical patent/BG65345B1/en
Publication of BG108015A publication Critical patent/BG108015A/en
Publication of BG65345B1 publication Critical patent/BG65345B1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

The trimmer Hall sensor is used in the field of instrumentation engineering, weak polar magnetometry and microsystems, in contactless automation, instrumentation construction, the power industry, the electrical industry, in military warfare industry, and others. It eliminates basic deficiencies of the analogous solutions û high offset values in the individual output channels and the essential temperature drifting. The sensor comprises semiconductor wafer (1) of mixed type conductivity, on one of the sides of which two pairs of identical rectangular ohmic contacts are made at equal distances, fitted parallel to their long sides. Contacts of one of the pairs are sectioned into two equal parts (2, 3 and 4, 5), parts (4 and 5) of one of the sectioned contacts are fitted between the non-sectioned rectangular ohmic contacts (6 and 7). On the short sides of contacts (6 and 7), at equal distances from them, one pair each of Hall contacts (8, 9 and 10, 11) are formed. Parts (2, 3 and 4, 5) of the sectioned contacts are connected to the end outputs of two trimmer (12 and 13), the middle outputs of which are connected across load resistors (14 and 15), respectively, to the two outputs of a current source (16). Each of contacts (6 and 7) across two loads resistors (17, 18 and 19, 20) connected in series, respectively, is connected to both outputs of the current source (16). The two equal parts (2, 3, and 4, 5) of each of sectioned ohmic contacts are coupled to the respective input (21 and 22) of the first amplifying unit (23), the output of which is output (24) of the component of the magnetic field (33), orthogonal to the surface of wafer (1). The pair of Hall contacts (8, 9 and 10, 11), fitted on the short sides of the two contacts (6 and 7) are connected to the appropriate input (25 and 26) of a second amplifying unit (27), the output of which is output (28) for one of the parallel to the surface of wafer (1) component of magnetic field (33). The middle output of each of the two trimmers (12 and 13) and the common point of each resistor (17, 18 and 19, 20) connected in series are connected to the appropriate input (29 and 30) of a third amplifying unit (31), the output of which is output (32) for the other component of the magnetic field (33), parallel to the surface of wafer (1). The external magnetic field (33) has an arbitrary direction across the semiconductor wafer (1).

Description

Изобретението се отнася до тримерен векторен сензор на Хол, приложимо в областта на контролно-измервателната технология, слабополевата магнитометрия, сензориката и микросистемите, безконтактната автоматика, уредостроенето, енергетиката, електротехниката, военното дело и др.The invention relates to a three-dimensional Hall vector sensor, applicable in the field of measurement technology, low-field magnetometry, sensor and microsystems, contactless automation, instrumentation, energy, electrical engineering, military, and others.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е тримерен векторен сензор на Хол, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг три еднакви правоъгълни омични контакти - един централен и два крайни, разположени успоредно на дългите си страни. Откъм късите страни на централния правоъгълен омичен контакт и на равни разстояния от него са формирани по един Холов контакт. В правоъгълните области между централния и двата крайни омични контакти, странично и на равни разстояния от тях, има още по един Холов контакт, които два по два са свързани напречно. Централният омичен контакт през токоизточник и съответен товарен резистор е свързан с двата крайни правоъгълни контакти. Изходът за едната паралелна на повърхността на подложката компонента на магнитното поле са двата Холови контакти, разположени откъм късите страни на централния правоъгълен контакт, изходът задругата паралелна на повърхността на подложката компонента на магнитното поле са двата крайни омични контакти, а изходът за ортогоналната към повърхността на подложката компонента на вектора на магнитното поле са напречно свързаните други Холови контакти. Външното магнитно поле е с произволна посока спрямо полупроводниковата подложка [1].A three-dimensional Hall vector sensor is known, comprising a semiconductor conductor with impurity-type impedance, three equal rectangular ohmic contacts formed on one side of each other, one central and two extreme, parallel to its long sides. One Hall contact is formed on the short sides of the central rectangular ohmic contact and at equal distances from it. In the rectangular regions between the central and the two extreme ohmic contacts, laterally and at equal distances from them, there is another Hall contact, which are connected two by two transversely. The central ohmic contact through the power source and the corresponding load resistor is connected to the two end rectangular contacts. The output for one parallel to the surface of the substrate component of the magnetic field are the two Hall contacts located on the short sides of the central rectangular contact, the output secondarily parallel to the surface of the substrate component of the magnetic field are the two extreme ohmic contacts, and the output for the orthogonal the substrate component of the magnetic field vector are the cross-linked other Hall contacts. The external magnetic field is in any direction relative to the semiconductor substrate [1].

Недостатъци на този тримерен векторен сензор на Хол са високите стойности на офсетите (паразитните остатъчни сигнали на трите сензорни изхода в отсъствие на магнитно поле) в резултат на неминуеми дефекти, нееднородности и механични напрежения в кристалната струк тура на полупроводниковата подложка, нарушена геометрична симетрия при формирането на съответните изходни контакти и др. както и същественият температурен дрейф на офсетите на трите изхода в широк интервал делтаТ, поради различното въздействие на температурата Т върху трите сензорни канали, произтичащо от указаните по-горе неминуеми дефекти и нехомогенности.The disadvantages of this three-dimensional Hall vector sensor are the high values of the offset (parasitic residual signals at the three sensor outputs in the absence of a magnetic field) as a result of inevitable defects, inhomogeneities and mechanical stresses in the crystal structure of the semiconductor geometry, disturbed geometry the corresponding output contacts, etc. as well as the significant temperature drift of the offsets of the three outputs over a wide delta range, due to the different effect of temperature T on the three sensor channels, resulting from the above-mentioned inevitable defects and inhomogeneities.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Задача на изобретението е да се създаде тримерен векторен сензор на Хол с ниски стойности на изходните офсети и силно редуциране на температурния им дрейф в широк температурен интервал.It is an object of the invention to provide a three-dimensional Hall vector sensor with low output offset values and a strong reduction in their temperature drift over a wide temperature range.

Тази задача се решава с тримерен векторен сензор на Хол, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг две двойки еднакви правоъгълни омични контакти, разположени успоредно на дългите си страни. Контактите от едната двойка са секционирани на по две равни части, като частите на единия от секционираните контакти са разположени между несекционираните омични контакти. Откъм късите страни на несекционираните правоъгълни контакти и на равни разстояния от тях са формирани по една двойка Холови контакти. Частите на всеки от секционираните контакти са свързани съответно с крайните изводи на два тримера, средните изводи на които са свързани през товарни резистори съответно с двата извода на токоизточник. Всеки от несекционираните омични контакти съответно през два последователно свързани товарни резистори е свързан с двата извода на токоизточника. Двете равни части на всеки от секционираните омични контакти са свързани със съответен вход на първи усилвателен блок, изходът на който е изход за ортогоналната към повърхността на подложката компонента на магнитното поле. Двойките Холови контакти, разположени откъм късите страни на несекционираните омични контакти са свързани със съответен вход на втори усилвателен блок, изходът на който е изход за едната паралелна на повърхността на подложката компонента на магнитното поле. Средният извод на всеки от двата тримераThis problem is solved with a three-dimensional Hall vector sensor containing a semiconductor substrate with impurity-type impedance, on one side of which are formed equal distances from each other by two pairs of identical rectangular ohmic contacts located parallel to their long sides. The contacts of one pair are split into two equal parts, with the parts of one of the sectioned contacts arranged between the non-sectioned ohmic contacts. One pair of Hall contacts are formed on the short sides of the intact rectangular contacts and at equal distances from them. The parts of each of the sectioned contacts are connected respectively to the terminal terminals of two trimmers, the average terminals of which are connected through the load resistors respectively to the two terminals of a current source. Each of the non-sectioned ohmic contacts, respectively, through two consecutively connected load resistors, is connected to the two terminals of the current source. The two equal parts of each of the sectioned ohmic contacts are connected to a corresponding input of a first amplifier block, the output of which is an output of the magnetic field component orthogonal to the substrate surface. The pairs of Hall contacts located on the short sides of the non-sectioned ohmic contacts are connected to a corresponding input of a second amplifier block, the output of which is an output for one component of the magnetic field parallel to the surface of the substrate. The average terminal of each of the two trimmers

65345 Bl и общата точка на всеки от последователно свързаните товарни резистори са свързани със съответен вход на трети усилвателен блок, изходът на който е изход за другата паралелна на повърхността на подложката компонента на магнитното поле. Външното магнитно поле е с произволна посока спрямо полупроводниковата подложка.65345 Bl and the common point of each of the load resistors in series are connected to a corresponding input of a third amplifier block, the output of which is an output to the other component of the magnetic field parallel to the surface of the substrate. The external magnetic field is in any direction relative to the semiconductor substrate.

Предимства на изобретението са ниските стойности на остатъчните офсети на трите изхода и силно редуцираните им температурни дрейфове в резултат на схемна обработка и изваждане на първоначални офсети с почти една и съща стойност и знак от формираните върху полупроводниковата подложка двойни изходни канали за всяка една от трите ортогонални компоненти на магнитния вектор.Advantages of the invention are the low values of the residual offsets at the three outputs and their greatly reduced temperature drifts as a result of circuit processing and subtraction of the initial offsets with almost the same value and sign from the double output channels formed on the semiconductor substrate for each of the three orthogonals components of the magnetic vector.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

По-подробно изобретението се пояснява с едно негово примерно изпълнение, дадено на приложената фигура.The invention is explained in more detail by an exemplary embodiment given in the accompanying figure.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Тримерният векторен сензор на Хол съдържа полупроводникова подложка 1 с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг две двойки еднакви правоъгълни омични контакти, разположени успоредно на дългите си страни. Контактите от едната двойка са секционирани на по две равни части 2 и 3, и 4 и 5, като частите 4 и 5 на единия от секционираните контакти са разположени между несекционираните омични контакти 6 и 7. Откъм късите страни на несекционираните правоъгълни контакти 6 и 7, и на равни разстояния от тях са формирани по една двойка Холови контакти 8 и 9, и 10 и 11. Частите 2 и 3, и 4 и 5 на всеки от секционираните контакти са свързани съответно с крайните изводи на два тримера 12 и 13, средните изводи на които са свързани през товарни резистори 14 и 15 съответно с двата извода на токоизточник 16. Всеки от несекционираните омични контакти 6 и 7 съответно през два последователно свързани товарни резистори 17 и 18, и 19 и 20 е свързан с двата извода на токоизточника 16. Двете равни части 2 иЗ, и4 и 5 насекциониранитеомични контакти са свързани със съответен вход 21 и 22 на първи усилвателен блок 23, изходът на който е изход 24 за ортогоналната към повърхността на подложката 1 компонента на магнитното поле 33. Двойките Холови контакти 8, 9, и 10, 11, разположени откъм късите страни на несекционираните омични контакти 6 и 7 са свързани със съответен вход 25 и 26 на втори усилвателен блок 27, изходът на който е изход 28 за едната паралелна на повърхността на подложката 1 компонента на магнитното поле 33. Средният извод на всеки от двата тримера 12 и 13 и общата точка на всеки от последователно свързаните товарни резистори 17 и 18, и 19 и 20 са свързани със съответен вход 29 и 30 на трети усилвателен блок 31, изходът на който е изход 32 за другата паралелна на повърхността на подложката 1 компонента на магнитното поле 33. Външното магнитно поле 33 е с произволна посока спрямо полупроводниковата подложка 1.Hall's three-dimensional vector sensor comprises a semiconductor substrate 1 with impurity conductance type, on one side of which two pairs of identical rectangular ohmic contacts, parallel to their long sides, are formed at equal distances from one another. The contacts of one pair are divided into two equal parts 2 and 3, and 4 and 5, and the parts 4 and 5 of one of the sectioned contacts are located between the non-sectioned ohmic contacts 6 and 7. On the short sides of the non-sectioned rectangular contacts 6 and 7 , and equal pairs of Hall contacts 8 and 9 and 10 and 11 are formed at equal distances from them. Parts 2 and 3, and 4 and 5 of each sectioned contacts are connected respectively to the end terminals of two trimmers 12 and 13, the middle terminals to which are connected through load resistors 14 and 15 respectively to the two terminals a to source 16. Each of the non-sectioned ohmic contacts 6 and 7 respectively through two consecutively connected load resistors 17 and 18 and 19 and 20 is connected to the two terminals of the source 16. The two equal parts 2 and 3, and 4 and 5 are partitioned ohmic contacts with corresponding input 21 and 22 of the first amplifier unit 23, the output of which is an output 24 for the orthogonal component of the magnetic field 33 orthogonal to the substrate. Couples Hall contacts 8, 9, and 10, 11, located on the short sides of the non-sectioned ohms contacts 6 and 7 are related to respectively, an input 25 and 26 of a second amplifier unit 27, the output of which is an output 28 for one parallel to the surface of the substrate 1 of the magnetic field component 33. The average terminal of each of the two trimmers 12 and 13 and the common point of each of the series connected load resistors 17 and 18, and 19 and 20 are connected to a corresponding input 29 and 30 of a third amplifier block 31, the output of which is an output 32 for the other component of the magnetic field parallel to the surface 1 of the magnetic field 33. The external magnetic field 33 is arbitrary direction toward the semiconductor floor ka 1.

Действието на тримерния векторен сензор на Хол, съгласно изобретението, е следното.The action of the three-dimensional Hall vector sensor according to the invention is as follows.

При включване на токоизточника 16 съответно през омични контакти 6 и 2-3, и 4-5 и 7 протичат два противоположно насочени тока 16 2 3 и - 14 5 7. Чрез подбор на резисторите в мостовите схеми, образувани от тримери 12 и 13, и резистори 14,15,17,18,19 и 20, стойностите на тези две токови компоненти се изравняват I 3 = |-14 5 7|. Също така токовите компоненти през съответните секционирани контакти 2иЗ,и4и5са равни помежду си. Поради еквипотенциалността на захранващите омични контакти 2, 3, 6, 4, 5 и 7 в отсъствие на магнитно поле В 33, първоначално токовите траектории 16 и 14 5 7 са перпендикулярни на горната повърхност на полупроводниковата подложка 1, съдържаща всичките омични контакти 2, 3, 6, 8, 9, 4, 5, 7, 10 и 11. Те проникват дълбоко в обема й, като в областите между контакти 6 и 2-3, и 4-5 и 7 те са успоредни на повърхността на подложката 1. Така реализираните приборна конструкция и мостова схема на включване позволяват да се постигне електрическа симетрия в лявата и дясната част на тримерния векторен сензор на Хол, определени от контакти 6-8-9-2-3 и 4-5-7-10-11. Прилагането на външно магнитно поле В 33 с произволна посока спрямо полупроводниковата подложка 1 чрез трите си ортогонални компоненти Вх, Ву и Bz генерира върху съответнитеWhen the source 16 is switched on, respectively, through the ohmic contacts 6 and 2-3, and 4-5 and 7, two opposite currents 1 6 2 3 and - 1 4 5 7 flow. By selecting the resistors in the bridge circuits formed by trimmers 12 and 13 and resistors 14,15,17,18,19 and 20, the values of these two current components are equalized I 3 = | -1 4 5 7 | Also, the current components through the respective sectioned contacts 2 and 3 and 4 and 5 are equal to each other. Due to the equipotentiality of the supply ohmic contacts 2, 3, 6, 4, 5 and 7 in the absence of a magnetic field B 33, initially the current trajectories 1 6 and 1 4 5 7 are perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 1 containing all ohmic contacts 2 , 3, 6, 8, 9, 4, 5, 7, 10 and 11. They penetrate deeply into the volume, and in the regions between contacts 6 and 2-3, and 4-5 and 7, they are parallel to the surface of the pad 1. The instrument structure and bridge circuitry thus realized make it possible to achieve electrical symmetry in the left and right portions of the the three-dimensional Hall vector sensor determined by contacts 6-8-9-2-3 and 4-5-7-10-11. The application of an external magnetic field B 33 in any direction to the semiconductor substrate 1 through its three orthogonal components B x , B y and B z generates on the corresponding

65345 Bl двойки изходни канали (за Βχ: холови контакти 8 и 9, и 10 и 11; за Ву: средният извод на тример 12 и общата точка на двата резистора 19 и 20, и съответно средният извод на тример 13 и общата точка на резисторите 17 и 18; за Bz: двойките секционирани омични контакти 2 и 3, и съответно 4 и 5) информационни сигнали за трите ортогонални магнитни компоненти. Произходът на тези сигнали е ефектът на Хол. Магнитното поле Βχ оказва отклоняващо въздействие чрез силата на Лоренц върху перпендикулярната на повърхността на подложката 1 компонента на скоростта на токоносителите. В резултат в областите откъм двете къси страни на правоъгълните несекционирани контакти 6 и 7 се генерират съответно две напрежения на Хол с противоположна полярност, именно там, където са разположени двойките омични контакти 8 и 9, и съответно 10 и 11, т.е. V89(Bx) = |-V10 нх)|. Различните знаци на Ходовите сигнали са в резултат на противоположните посоки на токовете през омичните контакти 6 и 7. Магнитното поле Ву вследствие същия сензорен механизъм и силата на Лоренц генерира две противоположни по знак напрежения на Хол съответно между контакти 6 и 4-5, и между 2-3 и 7, т.е. V64 5у) = |-V2 3 7у)|. Тези два Холови сигнала се регистрират, обаче, между общата точка на двата последователно свързани товарни резистора 17 и 18 и средния извод на тримера 13, както и между средния извод на тримера 12 и общата точка на свързване на двата товарни резистора 19 и 20. Така осъщественият способ на измерване магнитната компонента Вучрез резисторни мостове обезпечава симетричност и потенциална равнопоставеност на изходните точки на двата Ву-сензорни канали, независимо че те са изградени от секционирани 2 и 3, и 4 и 5, и несекционирани 6 и 7 омични контакти. Магнитното поле Bz оказва чрез силата на Лоренц латерално (странично) отклоняващо въздействие върху успоредната на повърхността на подложката 1 компонента на скоростта на токоносителите. Вследствие противоположните посоки на успоредните на повърхността токови компоненти I,,, и -1.«, в магнитно поле В , токовете през контактите 2 и 5 едновременно нарастват (намаляват), а през контактите 3 и 4 едновременно намаляват (нарастват). Чрез тримерите 12 и 13 се настройват да са равни по стойност противоположните по знак Холови нап режения V2 3(Bz) = I - V10 (,(Bz) I на Вг-сензорните канали. Следователно, иновативността на техническото решение е, че съответните двойки изходни диференциални канали зададена магнитна компонента са така формирани, че Ходовите им сигнали са равни по стойност и са с противоположен знак. Същевременно съответните двойки канали имат обща преобразувателна зона, което определя еднаквата им и противоположна по знак магниточувствителност, и почти едни и същи по стойност офсети. Друга характерна особеност е, че офсетите за дадена двойка изходни канали са с един и същ знак. Ако началните изходни сигнали, съответстващи нададена компонента на магнитното поле В 33 се извадят един от друг, ще се осъществи удвояване на съответния магниточувствителен сигнал (изважданите сигнали са с противоположен знак). Едновременно остатъчният офсет драстично ще се редуцира. Тъй като отделните Холови канали на тримерния векторен сензор са функционално интегрирани в една и съща преобразувателна област на полупроводниковата подложка 1, неминуемите дрейфове на индивидуалните офсет-сигнали на Вх, Ву и Bz каналите са перфектно съгласувани и изравнени в широк температурен диапазон делтаТ. Обработката и изваждането на изходните напрежения за даден векторен канал се осъществява от съответен усилвателен блок 23, 27 или 31, съдържащ подходящи за целта диференциални усилватели. В резултат информационните сигнали 24, 28 и 32 за трите векторни компоненти Вх, Ву и Bz са със съществено минимизиран офсет и силно редуциран температурен дрейф. Абсолютната стойност на магнитния вектор В 33 се определя с добре известния израз | В | = В2х + В2у + B2 z, като стойностите на трите магнитни компоненти са получени чрез калибриране на изходите 24, 28 и 32.65345 Bl pairs of output channels (for Β χ : cold contacts 8 and 9 and 10 and 11; for B y : the mean terminal of trimmer 12 and the common point of the two resistors 19 and 20, respectively, the mean terminal of trimmer 13 and the common point of resistors 17 and 18; for B z : pairs of sectioned ohmic contacts 2 and 3, respectively 4 and 5) information signals for the three orthogonal magnetic components. The origin of these signals is the Hall effect. The magnetic field Β χ exerts a deflection effect by the Lorentz force on the velocity component of the velocity carriers perpendicular to the surface of the substrate 1. As a result, in the regions on the two short sides of the rectangular non-sectioned contacts 6 and 7, respectively, two Hall voltages with opposite polarity are generated, exactly where the pairs of ohmic contacts 8 and 9 and 10 and 11 respectively are located, i. V 89 (B x ) = | -V 10 n (B x ) |. Different signs of The navigation signals are due to the opposing directions of the currents through the ohmic contacts 6 and 7. The magnetic field in the y following the same sensor mechanism and the Lorentz force generated by two opposite sign voltages of the Hall respectively between contacts 6 and 4-5, and between 2-3 and 7, i. V 64 5 (V y ) = | -V 2 3 7 (V y ) |. These two Hall signals are, however, recorded between the common point of the two series-connected load resistors 17 and 18 and the middle terminal of the trimmer 13, and between the average terminal of the trimmer 12 and the common point of connection of the two load resistors 19 and 20. the method of measuring the magnetic component B y by means of resistor bridges provides symmetry and potential equilibrium at the output points of the two B y sensor channels, even though they are made of sectioned 2 and 3, 4 and 5, and non-sectioned 6 and 7 ohmic contacts . The magnetic field B z exerts a lateral (lateral) deflecting effect on the velocity component of the carrier velocity parallel to the surface of the substrate 1 by the Lorentz force. Due to the opposite directions of current components parallel to the surface I ,,, and -1., In magnetic field B, the currents through contacts 2 and 5 simultaneously increase (decrease) and through contacts 3 and 4 simultaneously decrease (increase). The trimmers 12 and 13 are set to be equal in value to the opposite Hall voltage V 2 3 (B z ) = I - V 10 ( , (B z ) I of the B d- sensor channels. Therefore, the innovativeness of the technical solution is that the corresponding pairs of output differential channels of a given magnetic component are so formed that their running signals are equal in value and have the opposite sign. At the same time, the respective pairs of channels have a common transducer zone, which determines their identical and opposite in magnitude, and almost the same Another feature is that the offsets for a given pair of output channels are of the same sign. (the subtracted signals are the opposite sign) The residual offset will be drastically reduced at the same time, since the individual Hall channels of the three-dimensional vector sensor are functionally integrated in the same semiconductor conversion region The substrate 1, the inevitable drifts of the individual offset signals of the B x , B y and B z channels are perfectly matched and aligned over a wide delta temperature range. The processing and subtraction of the output voltages for a vector channel is carried out by a corresponding amplifier unit 23, 27 or 31 containing suitable differential amplifiers for this purpose. As a result, the information signals 24, 28 and 32 for the three vector components B x , B y, and B z have substantially minimized offset and greatly reduced temperature drift. The absolute value of the magnetic vector B 33 is determined by the well-known expression | In | = B 2 x + B 2 y + B 2 z , the values of the three magnetic components being obtained by calibrating the outputs 24, 28 and 32.

Проведените експерименти с образци на тримерния векторен сензор на Хол, реализирани на основата на стандартна силициева интегрална технология, съгласно изобретението, показват, че редуцирането едновременно на остатъчния офсет и неговия температурен дрейф и на трите изхода 24,28 и 32 е повече от два порядъка (около 150 пъти) в широк температурен интервал - 20 < Т < 80°С. Ето защо метрологичните възможности на новия векторен сензор са драстично подобрени, особено за целите на слабополевата маг5The experiments performed with samples of Hall's three-dimensional vector sensor, based on standard silicon integrated technology according to the invention, show that the reduction of both the residual offset and its temperature drift at all three outputs 24,28 and 32 is more than two orders of magnitude ( about 150 times) over a wide temperature range - 20 <T <80 ° C. Therefore, the metrological capabilities of the new vector sensor have been dramatically improved, especially for low-field mag5 purposes.

65345 Bl нитометрия. Този неочакван положителен ефект на тримерния векторен преобразувател на Хол произтича от оригиналната приборна конструкция, съдържаща по два физически канала за всяка магнитна компонента. Двойката канали за дадена векторна компонента генерират равни по стойност, но с противоположен знак Холови напрежения. Същевременно съответните офсети имат почти една и съща стойност и са с един и същ знак. При необходимост магниточувствителността на сензорните канали може да се повиши, ако върху подложката с п-тип проводимост се формира дълбок р-тип ринг, заобикалящ всички омични контакти, или ако активната сензорна зона се ограничи чрез микромашининг или друг подобен подход на силициевата интегрална технология. Тримерният магнитометър може да се произвежда серийно чрез различните модификации на силициевата интегрална технология, включително и CMOS процеси. Тримерният векторен магнитометър и обработващите сигналите от него електронни блокове могат да се реализират върху обща интегрална схема, формирайки З-D векторна микросистема за магнитно поле.65345 Bl nitrometry. This unexpected positive effect of Hall's three-dimensional vector converter stems from the original instrument cluster containing two physical channels for each magnetic component. The pair of channels for a vector component generate equal in value but with the opposite sign of Hall voltages. At the same time, the corresponding offsets have almost the same value and have the same sign. If necessary, the magnetic sensitivity of the sensor channels may be increased if a deep p-type ring surrounding all ohmic contacts is formed on the n-conductivity substrate, or if the active sensor zone is restricted by micromachining or other similar approach of silicon integrated technology. The three-dimensional magnetometer can be produced commercially by various modifications to the silicon integrated technology, including CMOS processes. The three-dimensional vector magnetometer and electronic signal processing units can be implemented on a common integrated circuit, forming a 3-D vector microsystem for a magnetic field.

Claims (1)

Патентни претенцииClaims 1. Тримерен векторен сензор на Хол, съдържащ полупроводникова подложка с примесен тип проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг четири еднакви правоъгълни омични контакти, разположени успоредно на дългите си страни, откъм късите страни на два от правоъгълните омични контакти и на равни разстояния от него са формирани по един Холов контакт, токоизточник, а външното магнитно поле е с произволна посока спрямо полупроводниковата подложка, характеризиращ се с това, че правоъгълните омични контакти са обединени в две двойки, като в едната двойка те са секционирани на по две равни части (2 и 3), и (4 и 5), като частите (4 и 5) на единия от секционираните контакти са разположени между несекционираните омични контакти (6 и 7), Ходовите контакти (8 и 9) и съответно (10 и 11) са разположени при несекционираните правоъгълни контакти (6 и 7), частите (2 и 3), и (4 и 5) на секционираните контакти са свързани съответно с крайните изводи на два тримера (12 и 13), средните изводи на които са свързани през товарни резистори (14 и 15) съответно с двата извода на токоизточника (16), като всеки от несекционираните омични контакти (6 и 7) съответно през два последователно свързани товарни резистори (17 и 18), и (19 и 20) е свързан с двата извода на токоизточника (16), а двете равни части (2 и 3), и (4 и 5) на всеки от секционираните омични контакти са свързани със съответен вход (21 и 22) на първи усилвателен блок (23), изходът на който е изход (24) за ортогоналната към повърхността на подложката (1) компонента на магнитното поле (33), като двойките Холови контакти (8 и 9), и (10 и 11), разположени откъм късите страни на двата несекционирани омични контакти (6 и 7), са свързани със съответен вход (25 и 26) на втори усилвателен блок (27), изходът на който е изход (28) за едната паралелна на повърхността на подложката (1) компонента на магнитното поле (33), а средният извод на всеки от двата тримера (12 и 13) и общата точка на всеки от последователно свързаните товарни резистори (17и 18)и(19и 20) са свързани със съответен вход (29 и 30) на трети усилвателен блок (31), изходът на който е изход (32) за другата паралелна на повърхността на подложката (1) компонента на магнитното поле (33).1. A three-dimensional Hall vector sensor comprising a semiconductor conductor with impurity type impedance, on one side of which are formed four equal rectangular ohmic contacts, parallel to their long sides, on the short sides of two of the rectangular ohmic ones contacts and at equal distances from it are formed by one Hall contact, a current source, and the external magnetic field is in any direction relative to the semiconductor substrate, characterized in that the rectangular ohmic contacts are united in two pairs, in one pair they are divided into two equal parts (2 and 3) and (4 and 5), and the parts (4 and 5) of one of the sectioned contacts are located between the non-sectioned ohmic contacts ( 6 and 7), the running contacts (8 and 9) and respectively (10 and 11) are located at the non-sectioned rectangular contacts (6 and 7), the parts (2 and 3), and (4 and 5) of the sectioned contacts are connected respectively with the terminal terminals of two trimmers (12 and 13), the average terminals of which are connected through load resistors (14 and 15) respectively to the two terminals of the power source (16), each of the non-sectioned ohmic contacts (6 and 7) respectively through two load resistors (17 and 18) respectively, and (19 and 20) connected to the two terminals of the power source (16) and the two equal parts (2 and 3) , and (4 and 5) of each of the sectioned ohmic contacts are connected to a corresponding input (21 and 22) of a first amplifier block (23), the output of which is an output (24) for the component orthogonal to the surface of the substrate (1). the magnetic field (33), such as the Hall contacts (8 and 9) and (10 and 11), located on the short sides of the two non-sectioned ohmic contacts (6 and 7) are connected to a corresponding input (25 and 26) of a second amplifier block (27), the output of which is an output (28) for one parallel to the surface of the substrate (1) of the magnetic field component (33), and the middle terminal of each of the two trimmers (12 and 13) and the common point of each of the series load resistors (17 and 18) and (19 and 20) are connected to the respective input (29 and 30) of the third amplifier block (31), the output of which is the output (32) of the other component of the magnetic field (33) parallel to the surface of the substrate (1).
BG108015A 2003-07-21 2003-07-21 Trimmer vector hall sensor BG65345B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG108015A BG65345B1 (en) 2003-07-21 2003-07-21 Trimmer vector hall sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG108015A BG65345B1 (en) 2003-07-21 2003-07-21 Trimmer vector hall sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BG108015A BG108015A (en) 2005-01-31
BG65345B1 true BG65345B1 (en) 2008-02-29

Family

ID=34230278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG108015A BG65345B1 (en) 2003-07-21 2003-07-21 Trimmer vector hall sensor

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG65345B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
BG108015A (en) 2005-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01251763A (en) Vertical hall element and integrated magnetic sensor
US9651635B2 (en) Bias circuit for stacked hall devices
BG65345B1 (en) Trimmer vector hall sensor
BG67820B1 (en) Vertical element of hall
BG113356A (en) Hall effect microsensor with more than one output
BG67723B1 (en) Integral hall sensor with planar sensitivity
BG67782B1 (en) Dual hall microsensor
BG67509B1 (en) Magnetic field sensing device
BG67386B1 (en) Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG65970B1 (en) Microsystem for measuring the three magnetic field components
BG113724A (en) Configuration of a hall with more than one exit
BG65340B1 (en) Magnetic gradiometer
BG67136B1 (en) The hall effect magnetometer
BG67380B1 (en) Two-dimensional magnetic field microsensor
BG67784B1 (en) Sensor configuration of hall
BG67809B1 (en) Paired vertical hall microsensor
BG112848A (en) SEMICONDUCTOR DEVICE IN THE HALL
BG67188B1 (en) Magneto-sensitive element
BG67298B1 (en) Hall effect sensor with an in-plane sensitivity
BG65079B1 (en) Three-dimensional magnetosensitive microsystem
BG65200B1 (en) Three-component magnetometer
BG66281B1 (en) Bipolar magnetotransistor
BG65231B1 (en) Magnetosensitive sensor
BG112816A (en) SEMICONDUCTOR CONFIGURATION WITH PLANE MAGNETIC SENSITIVITY
BG66840B1 (en) Hall effect sensor with a planar magnetic sensitivity