BG66804B1 - In-plane magnetosensitive hall effect device - Google Patents
In-plane magnetosensitive hall effect device Download PDFInfo
- Publication number
- BG66804B1 BG66804B1 BG111677A BG11167714A BG66804B1 BG 66804 B1 BG66804 B1 BG 66804B1 BG 111677 A BG111677 A BG 111677A BG 11167714 A BG11167714 A BG 11167714A BG 66804 B1 BG66804 B1 BG 66804B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- sensor
- contact
- contacts
- hall
- plane
- Prior art date
Links
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 title abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 101100446506 Mus musculus Fgf3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100348848 Mus musculus Notch4 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000005404 magnetometry Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
(54) РАВНИННО-МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛНО УСТРОЙСТВО НА ХОЛ(54) PLANE-MAGNETIC SENSITIVE DEVICE OF THE LIVING ROOM
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до равнинно-магниточувствително устройство на Хол, приложимо в областта на безконтактното измерване на ъглови и линейни премествания, позиционирането на обекти в равнината и пространството, роботиката и мехатрониката, когнитивните системи и автоматиката, електромобилостроенето, биомедицинските изследвания, енергетиката, контролно-измервателната технология и слабополевата магнитометрия, военното дело и сигурността, и др.The invention relates to a plane-magnetosensitive Hall device, applicable in the field of non-contact measurement of angular and linear displacements, positioning of objects in the plane and space, robotics and mechatronics, cognitive systems and automation, electrical engineering, biomedical control, energy technology and low-field magnetometry, military affairs and security, etc.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известно е равнинно-магниточувствително устройство на Хол, съдържащо един равнинно-магниточувствителен сензор на Хол, два еднакви по стойност товарни резистора и токоизточник. Сензорът на Хол се състои от полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост, върху едната страна на която са формирани на равни разстояния един от друг последователно три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни, като вторият е централен и спрямо него симетрично от двете му дълги страни са разположени останалите два контакта. Първият и третият контакт през товарните резистори са съединени с единия извод на токоизточника, другият извод на който е свързан с централния контакт. Измерваното магнитно поле е успоредно както на равнината на подложката, така и на дългите страни на правоъгълните контакти, а първият и третият контакт са изходът на устройството на Хол [1,2,3].A planar magnetic-sensitive Hall device is known, comprising a plane-magnetic Hall sensor, two load resistors of the same value and a current source. The Hall sensor consists of a semiconductor substrate with p-type impurity conductivity, on one side of which are formed at equal distances from each other three rectangular ohmic contacts - first, second and third, located parallel to their long sides, the second being central and relative to it symmetrically on its two long sides are the other two contacts. The first and third contacts through the load resistors are connected to one terminal of the current source, the other terminal of which is connected to the central contact. The measured magnetic field is parallel to both the plane of the substrate and the long sides of the rectangular contacts, and the first and third contacts are the output of the Hall device [1,2,3].
Недостатък на това равнинно-магниточувствително устройство на Хол е ограничената му чувствителност (преобразувателна ефективност), поради използване на резистори в изхода, които са пасивни компоненти и обуславят при фиксиран захранващ ток само едно напрежение на Хол.A disadvantage of this planar magnetic-sensitive Hall device is its limited sensitivity (conversion efficiency), due to the use of resistors in the output, which are passive components and determine at a fixed supply current only one Hall voltage.
Недостатък е също наличието на паразитно изходно напрежение в отсъствие на магнитно поле (офсет) в резултат от електрическа асиметрия, породена от геометрична асиметрия в разположението на първия и третия контакт спрямо централния, неминуеми технологични несъвършенства, механични напрежения най-често от корпусирането на чипа и др.Another disadvantage is the presence of parasitic output voltage in the absence of a magnetic field (offset) as a result of electrical asymmetry caused by geometric asymmetry in the location of the first and third contact relative to the central, inevitable technological imperfections, mechanical stresses most often from chip housing and etc.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде равнинно-магниточувствително устройство на Хол с повишена чувствителност и компенсиран офсет.It is an object of the invention to provide a plane-magnetic Hall-sensitive device with increased sensitivity and compensated offset.
Тази задача е решена с равнинно-магниточувствително устройство на Хол, съдържащо три еднакви равнинно-магниточувствителни сензори на Хол - първи, втори и трети, състоящи се от полупроводникова подложка с п-тип примесна проводимост; като върху едната страна на всяка от подложките са формирани отляво надясно последователно и на равни разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти - първи, втори и трети, разположени успоредно на дългите си страни, като вторите контакти са централни и спрямо тях симетрично от двете им дълги страни са разположени останалите двойки контакти. Централният контакт на втория сензор на Хол е съединен с единия извод на токоизточник. Първият контакт на втория сензор е свързан с първия контакт на първия сензор, третият контакт на втория сензор е съединен с третия контакт на третия сензор, а третият контакт на първия сензор е свързан с първия контакт на третия сензор и с другия извод на токоизточника. Централният контакт на първия сензор и централният контакт на третия сензор са свързани с входа на първи измервателен усилвател, а първият и третият контакт на втория сензор са съединени с входа на втори измервателен усилвател. Централният контакт на първия сензор и първият контакт на втория сензор са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя. Изходите на тези усилватели са свързани с входа на диференциален усилвател, чийто изход е изходът на устройството на Хол, като измерваното магнитно поле е успоредно както на равнините на подложките, така и на дългите страни на правоъгълните контакти.This problem is solved with a plane-magnetic Hall sensor, containing three identical plane-magnetic Hall sensors - first, second and third, consisting of a semiconductor substrate with p-type impurity conductivity; as on one side of each of the pads are formed from left to right in series and at equal distances from each other three rectangular ohmic contacts - first, second and third, located parallel to their long sides, the second contacts being central and symmetrical to them from both long sides are located the remaining pairs of contacts. The central contact of the second Hall sensor is connected to one terminal of a power source. The first contact of the second sensor is connected to the first contact of the first sensor, the third contact of the second sensor is connected to the third contact of the third sensor, and the third contact of the first sensor is connected to the first contact of the third sensor and the second terminal. The central contact of the first sensor and the central contact of the third sensor are connected to the input of the first measuring amplifier, and the first and third contacts of the second sensor are connected to the input of the second measuring amplifier. The central contact of the first sensor and the first contact of the second sensor are connected simultaneously only to the non-inverting or only to the inverting inputs of the two measuring amplifiers. The outputs of these amplifiers are connected to the input of a differential amplifier, the output of which is the output of the Hall device, as the measured magnetic field is parallel to both the planes of the pads and the long sides of the rectangular contacts.
Предимство на изобретението е повишената магниточувствителност в резултат на изваждане чрез диференциалния усилвател при фиксиран захранващ ток на две напрежения на Хол с противоположен знак.An advantage of the invention is the increased magnetic sensitivity as a result of subtraction by the differential amplifier at a fixed supply current of two Hall voltages with opposite sign.
Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019Descriptions of issued patents for inventions № 01.2 / 31.01.2019
Предимство е също възможността за максимално редуциране или пълно компенсиране (нулиране) на паразитното изходно напрежение на устройството на Хол (офсетът) чрез изваждане с диференциалния усилвател на изходните сигнали от измервателните усилватели, съдържащи индивидуалните офсети на сензорите на Хол, които са почти равни и са с един и същ знак.Another advantage is the possibility for maximum reduction or complete compensation (reset) of the parasitic output voltage of the Hall device (offset) by subtracting with the differential amplifier the output signals from the measuring amplifiers containing the individual offsets of the Hall sensors, which are almost equal and are with the same sign.
Предимство е още повишената измервателна точност в резултат на компенсирането на паразитния офсет.Another advantage is the increased measurement accuracy as a result of the compensation of the parasitic offset.
Предимство е и пълната технологична съвместимост на трите сензори на Хол и операционните усилватели с планарните силициеви технологии, използвани в производството на интегрални схеми в микроелектрониката, което позволява едновременната им реализация върху общ силициев чип, включително и с допълнителната интерфейсна електроника, обработваща изходния сигнал на устройството.An advantage is the full technological compatibility of the three Hall sensors and operational amplifiers with planar silicon technologies used in the production of integrated circuits in microelectronics, which allows their simultaneous implementation on a common silicon chip, including additional interface electronics processing the output signal of the device. .
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
Равнинно-магниточувствителното устройство на Хол съдържа три еднакви равнинно-магниточувствителни сензори на Хол - първи 1, втори 2 и трети 3, всеки от които се състои от полупроводникова подложка 4, 5 и 6 с п-тип примесна проводимост, като върху едната страна на всяка от подложките 4, 5 и 6 са формирани отляво надясно последователно и на равни разстояния един от друг три правоъгълни омични контакти - първи 7, 8 и 9, втори 10, 11и12и трети 13, 14 и 15, разположени успоредно на дългите си страни. Вторите контакти 10, 11 и 12 са централни и спрямо тях симетрично от двете им дълги страни са разположени съответно останалите двойки контакти 7 и 13, 8 и 14, 9 и 15. Централният контакт 11 на втория сензор 2 е съединен с единия извод на токоизточник 16. Първият контакт 8 на втория сензор 2 е свързан с първия контакт 7 на първия сензор 1, третият контакт 14 на втория сензор 2 е съединен с третия контакт 15 на третия сензор 3, а третият контакт 13 на първия сензор 1 е свързан с първия контакт 9 на третия сензор 3 и с другия извод на токоизточника 16. Централният контакт 10 на първия сензор 1 и централният контакт 12 на третия сензор 3 са свързани с входа на първи измервателен усилвател 17, а първият 8 и третият контакт 14 на втория сензор 2 са съединени с входа на втори измервателен усилвател 18. Централният контакт 10 на първия сензор 1 и първият контакт 8 на втория сензор 2 са съединени едновременно само с неинвертиращите или съответно само с инвертиращите входове на двата измервателни усилвателя 17 и 18. Изходите на тези усилватели 17 и 18 са свързани с входа на диференциален усилвател 19, чийго изход е изходът 20 на устройството на Хол, като измерваното магнитно поле 21 е успоредно както на равнините на подложките 4, 5 и 6, така и на дългите страни на правоъгълните контакти 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15.The planar magnetic-magnetic Hall device contains three identical plane-magnetic Hall sensors - first 1, second 2 and third 3, each of which consists of a semiconductor substrate 4, 5 and 6 with p-type impurity conductivity, as on one side of the each of the pads 4, 5 and 6 are formed from left to right in series and at equal distances from each other three rectangular ohmic contacts - first 7, 8 and 9, second 10, 11 and 12 and third 13, 14 and 15, located parallel to their long sides. The second contacts 10, 11 and 12 are central and relative to them symmetrically on their two long sides are respectively the other pairs of contacts 7 and 13, 8 and 14, 9 and 15. The central contact 11 of the second sensor 2 is connected to one terminal of the power source 16. The first contact 8 of the second sensor 2 is connected to the first contact 7 of the first sensor 1, the third contact 14 of the second sensor 2 is connected to the third contact 15 of the third sensor 3, and the third contact 13 of the first sensor 1 is connected to the first contact 9 of the third sensor 3 and the second terminal of the current source 16. The central contact 10 of the first sensor 1 and the central contact 12 of the third sensor 3 are connected to the input of the first measuring amplifier 17, and the first 8 and third contact 14 of the second sensor 2 are connected to the input of the second measuring amplifier 18. The central contact 10 of the first sensor 1 and the first contact 8 of the second sensor 2 are connected simultaneously only to the non-inverting or only to the inverting inputs of the two measuring amplifiers. and the amplifier 17 and 18. The outputs of these amplifiers 17 and 18 are connected to the input of a differential amplifier 19, the output of which is the output 20 of the Hall device, the measured magnetic field 21 being parallel to the planes of pads 4, 5 and 6, and on the long sides of the rectangular contacts 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 and 15.
Действието на равнинно-магниточувствителното устройство на Хол, съгласно изобретението, е следното. Областта отп-полупроводниковата подложка 4 между контакти 7 и 13 на първия сензор 1, същата област от третия сензор 3 между контакти 9 и 15, както и зоните между контакти 11 и 8, исъответно 11 и 14 на втория сензор 2 представляват по същество резистори Rn R? Rn и R15 д. За тях са в сила съотношенията Rn = Rn < R? = R15 g. При това двойките резистори Rn и R? и съответно Rn и R15 д са свързани последователно, те. Rn g + 1Ц13 = Rint 3 и Rn 14 + R15 д = Rint2. Същевременно сумарните резистори R и R са включени паралелно към токоизточника 16. В резултат протичат две равни токови компоненти I и съответно I д. Предвид съотношенията между резисторите R = R < R713 = R15 д режимът на функциониране на трите сензора 1, 2 и 3 е генератор на ток, Is = 1п 8 713 + 1ц 1415 9 = const. Както се вижда от Фигура 1, схемотехниката на сензора на Хол 2 от известното решение [1-3] е съществено изменена. Товарните резистори, които са пасивни елементи в новото предложение са премахнати и са заменени с активни по своето действие сензори на Хол 1 и 3. Функционирането им се определя от същия захранващ ток I 7 и I д, управляващ сензора 2. В това се заключава първата проява на неочаквания положителен ефект на новото техническо решение. Протичането на токовите компоненти In g 713 и 1п 1415 д през двете подложки 4 и 6 е с резистивна природа, те. при равенства R713 = R15 д и Rn = Rn в отсъствие на магнитно поле В 21 на изхода Vg (В = 0) на сензора 2 следва даThe operation of the planar magnetosensitive Hall device according to the invention is as follows. The area of the semiconductor substrate 4 between contacts 7 and 13 of the first sensor 1, the same area of the third sensor 3 between contacts 9 and 15, and the areas between contacts 11 and 8, respectively 11 and 14 of the second sensor 2 are essentially resistors R n R ? R n and R 15 d . For them are the relations R n = R n <R ? = R 15 g . The pairs of resistors R n and R ? and R n and R 15 e, respectively, are connected in series, they. R ng + 1C 13 = R int 3 and R n 14 + R 15 d = R int2 . At the same time, the total resistors R and R are connected in parallel to the current source 16. As a result, two equal current components I and I e, respectively, flow. Given the ratios between the resistors R = R <R 713 = R 15 e the mode of operation of the three sensors 1, 2 and 3 is a current generator, I s = 1 n 8 713 + 1ts 1415 9 = const. As can be seen from Figure 1, the circuitry of the Hall 2 sensor of the known solution [1-3] has been substantially modified. The load resistors, which are passive elements in the new proposal, have been removed and replaced with active Hall 1 and 3 sensors. Their operation is determined by the same supply current I 7 and I e controlling sensor 2. This concludes the first manifestation of the unexpected positive effect of the new technical solution. The flow of the current components I ng 713 and 1 n 1415 d through the two pads 4 and 6 is of a resistive nature, they. for the equations R 713 = R 15 e and R n = R n in the absence of magnetic field B 21 at the output V g (B = 0) of the sensor 2 should
Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 отсъства паразитно напрежение (офсет), Vg (В = 0) = 0. В отличие от този идеализиран случай при геометрична асиметрия, технологични несъвършенства, механични напрежения и т.н., възникнали при реализацията на сензорите 1, 2 и 3 винаги на този изход Vg 14 съществува офсет Vg 14(В = 0) / 0. По причина на планарността на всички правоъгълни омични контакти 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, които при поле В = 0 представляват еквипотенциални равнини, токовите траектории първоначално са насочени вертикално надолу в обема на подложките 4, 5 и 6, след това стават успоредни на горната повърхност на структурите и накрая отново стават перпендикулярни на съответните горни повърхности. Следователно, токовите линии в тези равнинно-магниточувствителни сензори на Хол са криволинейни. Съгласно схемата на включване на първия и третия сензор 1 и 3, Фигура 1, посоките на равните по стойност захранващи токове в тях са противоположно насочени. Предвид тази огледална симетрия на двата конструктивно еднакви преобразуватели 1 и 3, те могат де се разглеждат като функционално обединени в действието си. Това означава, че на диференциалния изход V1012, формиран от контакти 10 и 12 на двата сензора 1 и 3, при отсъствие на магнитно поле В = 0 в идеалния случай също отсъства офсет, V 12(В = 0) = 0. Но и тук в резултат на геометрична асиметрия, технологични несъвършенства, механични напрежения и т.н. на изхода V10 винаги присъства офсет V1012(В = 0) / 0. Отчитайки факта, че и трите сензора на Хол 1, 2 и 3 са еднакви като геометрия и конструкция, и се реализират в единен цикъл чрез едни и същи с изключително високо качество процеси на силициевата интегрална технология означава, че офсетите на изходите Vg 14(В = 0) / (I и V1012(В = ())#() следва да са с един и същ знак и почти с една и съща стойност. В това се заключава втората проява на неочаквания положителен ефект на новото техническо решение.Descriptions of issued patents for inventions № 01.2 / 31.01.2019 no parasitic stress (offset), V g (B = 0) = 0. In contrast to this idealized case for geometric asymmetry, technological imperfections, mechanical stresses, etc., occurred in the implementation of sensors 1, 2 and 3 always at this output V g 14 there is an offset V g 14 (B = 0) / 0. Due to the planarity of all rectangular ohmic contacts 7, 8, 9, 10, 11, 12 , 13, 14 and 15, which at field B = 0 represent equipotential planes, the current trajectories are initially directed vertically downwards in the volume of the pads 4, 5 and 6, then become parallel to the upper surface of the structures and finally become perpendicular to the respective upper surfaces. Therefore, the current lines in these plane-magnetic Hall sensors are curvilinear. According to the switching scheme of the first and third sensors 1 and 3, Figure 1, the directions of the equal in value supply currents in them are opposite. Given this mirror symmetry of the two structurally identical converters 1 and 3, they can be considered as functionally united in their operation. This means that the differential output V 1012 , formed by contacts 10 and 12 of the two sensors 1 and 3, in the absence of a magnetic field B = 0, ideally also lacks offset, V 12 (B = 0) = 0. But also here as a result of geometric asymmetry, technological imperfections, mechanical stresses, etc. the output V 10 is always present offset V 1012 (B = 0) / 0. Taking into account the fact that all three Hall sensors 1, 2 and 3 are the same in geometry and construction, and are realized in a single cycle through the same with exceptional High quality processes of silicon integrated technology means that the offsets of the outputs V g 14 (B = 0) / (I and V 1012 (B = ()) # () should have the same sign and almost the same This concludes the second manifestation of the unexpected positive effect of the new technical solution.
При поставяне на планарно-магниточувствителното устройство на Хол в магнитно поле В 21, протичат следните галваномагнитни процеси. Например, ако полярността на извода на токоизточника 16, с който е съединен контактът lie отрицателен и магнитно поле В 21 с указаната на Фигура 1 посока, чрез съответните сили на Лоренц FL = qVdi х В траекториите на движещите се в обемите на подложките 4, 5 и 6 електрони със средна дрейфова Vd| скорост се изменят както следва. В подложката 4 токовите линии 17 се удължават навътре в обема и върху повърхността в зоната с контакта 10 се генерират от ефекта на Хол допълнителни положителни товари като потенциалът там става положителен. В подложката 2 токова компонента I се „свива” в посока към горната повърхност, увеличавайки отрицателния потенциал върху контакта 8, докато в другата част на този сензор 2 компонента I се удължава навътре в обема и потенциалът върху контакта 14 става по-малко отрицателен, т.е. приема се, че е положителен. В подложката 6 токовите линии 115 9 се „свиват” в посока към горната повърхност и в зоната с контакта 12 се генерират от ефекта на Хол допълнителни отрицателни товари и потенциалът там става отрицателен. В резултат на избраната конструкция на сензорите 1 и 3, върху контактите 10 и 12 се генерира половината от развиващите се пълни напрежения на Хол в подложките 4 и 6. Използваната, обаче, в новото решение схема с диференциален изход V1012 сумира двете половини от регистрираните напрежения на Хол върху контактите 10 и 12. Същевременно диференциалните изходи Vg 14(В) и V1012(В) напълно компенсират квадратичното магнитосъпротивление MR —В2, влошаващо метрологията на устройството на Хол. Следователно, оригиналното свързване на трите сензора 1, 2 и 3 осъществява генериране на две напрежения на Хол Vg 14(В) и V1012(В), които са с една и съща стойност Vg 14(В) = V1012(В), но са с противоположен знак Vg 14(В) = | - V 12(В) |. Това е третата проява на неочаквания положителен ефект на новото техническо решение.When placing the planar-magnetosensitive Hall device in magnetic field B 21, the following galvanomagnetic processes take place. For example, if the polarity of the terminal of the current source 16 to which the contact is connected is negative and the magnetic field B 21 in the direction indicated in Figure 1, by the corresponding Lorentz forces F L = qV di x In the trajectories of the moving in the volumes of the pads 4 , 5 and 6 electrons with average drift V d | speed change as follows. In the substrate 4 the current lines 1 7 are extended inwards in the volume and on the surface in the area with the contact 10 additional positive loads are generated by the Hall effect and the potential there becomes positive. In the pad 2, the current component I "shrinks" towards the upper surface, increasing the negative potential on the contact 8, while in the other part of this sensor 2 the component I extends inwards and the potential on the contact 14 becomes less negative, t .е. it is considered positive. In the substrate 6, the current lines 1 15 9 "shrink" in the direction of the upper surface and in the area with the contact 12 additional negative loads are generated by the Hall effect and the potential there becomes negative. As a result of the selected design of sensors 1 and 3, half of the evolving full Hall voltages in pads 4 and 6 are generated on contacts 10 and 12. However, the circuit with differential output V 1012 used in the new solution sums the two halves of the registered Hall voltages on contacts 10 and 12. At the same time, the differential outputs V g 14 (B) and V 1012 (B) fully compensate for the quadratic magnetic resistance MR —B 2 , which degrades the metrology of the Hall device. Therefore, the original connection of the three sensors 1, 2 and 3 generates two Hall voltages V g 14 (B) and V 1012 (B), which have the same value V g 14 (B) = V 1012 ), but have the opposite sign V g 14 (B) = | - V 12 (B) | This is the third manifestation of the unexpected positive effect of the new technical solution.
Тъй като в общия случай напрежението на Хол е неотличимо от паразитния офсет [2,3], чрез решението от Фигура 1 се екстрахира чистата метрологична Холова компонента от общия сигнал, а паразитният офсет се редуцира драстично. Това се постига със свързване на контактите 10 и 12, и 8 и 14 с входовете на двата измервателни усилвателя 17 и 18. Така се осъществява подходяща прецизна калибровка и обработка на сигналите Vg 14(В) и V 12(В). Действието на схемата не се влияе дали изходите на сензорите 1 и 2 се свързват едновременно с инвертиращите, или съответно с неинвертиращите входове на усилвателите 17 и 18. На Фигура 1 е показана една от двете възможности на свързване. Информацията за стойността и знака на измерваното магнитно поле В 21 се получава на изхода 20 на диференциалния усилвател 19. Преди това изходните напрежения на усилвателите 17 и 18, които саSince, in the general case, the Hall voltage is indistinguishable from the parasitic offset [2,3], the solution of Figure 1 extracts the pure metrological Hall component from the total signal, and the parasitic offset is drastically reduced. This is achieved by connecting contacts 10 and 12, and 8 and 14 to the inputs of the two measuring amplifiers 17 and 18. Thus, a suitable precise calibration and processing of the signals V g 14 (B) and V 12 (B) is performed. The operation of the circuit is not affected by whether the outputs of sensors 1 and 2 are connected simultaneously to the inverting or non-inverting inputs of the amplifiers 17 and 18. respectively. Figure 1 shows one of the two connection options. Information about the value and sign of the measured magnetic field B 21 is obtained at the output 20 of the differential amplifier 19. Previously, the output voltages of the amplifiers 17 and 18, which are
Описания на издадени патенти за изобретения № 01.2/31.01.2019 с противоположен знак и съдържат почти равни, но с един и същ знак паразитни офсети се изваждат с усилвателя 19. В резултат изходното напрежение V20(B) 20 на устройството на Хол е удвоено, а остатъчният офсет е практически компенсиран. Тъй като трите сензора на Хол се реализират в единен технологичен цикъл и са практически с едни и същи характеристики, температурните дрейфове на двата офсета в напреженията Vg 14(В,Т) и V 12(В,Т) са перфектно съгласувани и постигнатият компенсиран офсет и удвоена (повишената) магниточувствителност се запазват в широк температурен диапазон. Освен тези две предимства, новото решение предоставя повишена измервателна точност от компенсирания и температурно стабилизиран офсет.Descriptions of issued patents for inventions № 01.2 / 31.01.2019 with opposite sign and contain almost equal, but with the same sign parasitic offsets are removed with the amplifier 19. As a result, the output voltage V 20 (B) 20 of the Hall device is doubled , and the residual offset is practically compensated. Since the three Hall sensors are realized in a single technological cycle and have practically the same characteristics, the temperature drifts of the two offsets in the voltages V g 14 (V, T) and V 12 (V, T) are perfectly coordinated and the achieved compensated offset and doubled (increased) magnetic sensitivity are maintained over a wide temperature range. In addition to these two advantages, the new solution provides increased measurement accuracy from compensated and temperature stabilized offset.
Реализацията на новото устройство с равнинна чувствителност може да се осъществи с отделните сензори на Хол 1, 2 и 3 и операционните усилватели 17, 18 и 19, свързани съгласно схемата от Фигура 1. По-добри характеристики и перформанс на устройството може да се постигнат на основата на силициевите интегрални процеси CMOS или BiCMOS, използвайки като подложките 4, 5 и 6 п-тип „джобове”, формирани в p-Si. Омичните контакти 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 се осъществяват например с йонна имплантация и са силно легирани п+-области в n-Si „джобове”. Силициевите планарни технологии позволяват едновременното формиране на сензорите на Хол 1,2 и 3 върху общ чип заедно с усилвателите 17,18и19и интерфейсната електроника за обработка и нормиране на изходния сигнал 20. В такова изпълнение новото устройство представлява интегрална схема.The realization of the new device with plane sensitivity can be carried out with the individual sensors of Hall 1, 2 and 3 and the operational amplifiers 17, 18 and 19 connected according to the scheme of Figure 1. Better characteristics and performance of the device can be achieved on the basis of silicon integrated processes CMOS or BiCMOS, using as pads 4, 5 and 6 n-type "pockets" formed in p-Si. The ohmic contacts 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 and 15 are made, for example, by ion implantation and are strongly doped n + -regions in n-Si "pockets". Silicon planar technologies allow the simultaneous formation of Hall sensors 1,2 and 3 on a common chip together with the amplifiers 17,18 and 19 and the interface electronics for processing and normalization of the output signal 20. In such an embodiment, the new device is an integrated circuit.
В случай, че първоначалните офсети на двата диференциални изхода Vg 14(В) и V1012(В) са с различен знак, това може да се коригира с включване на нискоомен тример г, крайните изводи на който са съединени с контактите 9 и 13, а средната му точка - със съответния извод на токоизточника 16. Така се постига нужната настройка на офсетите, за да са с един и същ знак. Ако вътрешните съпротивления R. на сензорите 1 и 3 са относително ниски, което ограничава да се развият високи стойности на изходно напрежение Vg 14(В) на сензора 2, може да се включат допълнително еднакви по стойност резистори, например към контактите 8 и 14. Съгласно концепцията за напълно симетричен равнинномагниточувствителен сензор на Хол, удобен за динамична компенсация на офсета чрез спининг на захранващия ток може да се използва схема, съдържаща четири еднакви триконтактни сензори, както тези от Фигура 1, свързани последователно чрез крайните си контакти.In case the initial offsets of the two differential outputs V g 14 (B) and V 1012 (B) have a different sign, this can be corrected by switching on a low-resistance trimmer d, the end terminals of which are connected to contacts 9 and 13. , and its midpoint - with the corresponding terminal of the current source 16. This achieves the necessary setting of the offsets to have the same sign. If the internal resistances R. of sensors 1 and 3 are relatively low, which limits the development of high values of output voltage V g 14 (B) of sensor 2, additional resistors of the same value may be connected, for example to contacts 8 and 14. According to the concept of a fully symmetrical plane-magnetic Hall sensor, convenient for dynamic offset compensation by spinning the supply current, a circuit containing four identical three-contact sensors as those of Figure 1 connected in series by their end contacts can be used.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111677A BG66804B1 (en) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | In-plane magnetosensitive hall effect device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG111677A BG66804B1 (en) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | In-plane magnetosensitive hall effect device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG111677A BG111677A (en) | 2015-07-31 |
| BG66804B1 true BG66804B1 (en) | 2018-12-31 |
Family
ID=56847669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG111677A BG66804B1 (en) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | In-plane magnetosensitive hall effect device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66804B1 (en) |
-
2014
- 2014-01-20 BG BG111677A patent/BG66804B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG111677A (en) | 2015-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105652220B (en) | Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor | |
| US9016135B2 (en) | Stress sensor for measuring mechanical stresses in a semiconductor chip and stress compensated hall sensor | |
| CN106164691A (en) | Low Offset and High Sensitivity Vertical Hall Effect Sensor | |
| CN110726423A (en) | Hall sensor, corresponding device and method | |
| US9851419B2 (en) | Hall sensor | |
| BG66804B1 (en) | In-plane magnetosensitive hall effect device | |
| BG66840B1 (en) | Hall effect sensor with a planar magnetic sensitivity | |
| Ramirez et al. | Offset reduction in a multiple-terminal Hall plate using current spinning | |
| BG112687A (en) | Magneto-sensitive element | |
| BG112816A (en) | SEMICONDUCTOR CONFIGURATION WITH PLANE MAGNETIC SENSITIVITY | |
| BG112935A (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG67250B1 (en) | Hall effect semiconductor device | |
| BG67509B1 (en) | Magnetic field sensing device | |
| BG67247B1 (en) | Hall effect microsensor with an in-plane sensitivity | |
| BG113793A (en) | DUAL HALL MICROSENSOR | |
| BG113625A (en) | Integral hall sensor with planar sensitivity | |
| BG67038B1 (en) | A plane magneto-sensitive microsystem of hall effect sensor | |
| BG66843B1 (en) | Two-axle hall effect magnetometer | |
| BG113860A (en) | Hall microsensor with resistor elements | |
| BG112514A (en) | HALL MAGNETOMETER | |
| BG67071B1 (en) | In-plane magnetosensitive hall effect device | |
| BG112771A (en) | CONFIGURATION OF A LIVING ROOM WITH PLANE MAGNETIC SENSITIVITY | |
| BG66560B1 (en) | A duplex semiconductor hall sensor | |
| BG66830B1 (en) | In-plane magnetosensitive sensor device | |
| BG113014A (en) | Integrated hall effect sensor with an in-plane sensitivity |