RU2328014C1 - Magnet-sensitive integral circuit - Google Patents
Magnet-sensitive integral circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2328014C1 RU2328014C1 RU2006136443/28A RU2006136443A RU2328014C1 RU 2328014 C1 RU2328014 C1 RU 2328014C1 RU 2006136443/28 A RU2006136443/28 A RU 2006136443/28A RU 2006136443 A RU2006136443 A RU 2006136443A RU 2328014 C1 RU2328014 C1 RU 2328014C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generators
- field
- gate
- amplifier
- transducer
- Prior art date
Links
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 244000045947 parasite Species 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 102000029828 Melanin-concentrating hormone receptor Human genes 0.000 description 1
- 108010047068 Melanin-concentrating hormone receptor Proteins 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС). Области применения МЧИС - автоэлектроника, автоматика и робототехника, измерительная техника, системы навигации и ориентации, системы безопасности.The invention relates to the field of electronic magnetic field sensors, and more particularly to magnetically sensitive integrated circuits (MCHIS). Fields of application of the Ministry of Emergencies - auto electronics, automation and robotics, measuring equipment, navigation and orientation systems, security systems.
Известно, что магниточувствительные интегральные схемы являются основными элементами разнообразных устройств контроля и управления. В конструкции МЧИС интегрируются первичные преобразователи магнитного поля в электрический сигнал и электронные узлы, обеспечивающие регистрацию и обработку полезного сигнала.It is known that magnetically sensitive integrated circuits are the main elements of various monitoring and control devices. In the design of the MCHIS, primary converters of the magnetic field are integrated into the electric signal and electronic components, which provide registration and processing of the useful signal.
Обычно в таких МЧИС используется прямое усиление сигнала первичного преобразователя с регистрацией выходного сигнала по напряжению или току (Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника, изд. ДМК, М., 2001, т.1, с.541).Typically, in such MCHIS direct amplification of the signal of the primary converter is used with the registration of the output signal by voltage or current (Baranochnikov M.L. Micromagnetoelectronics, ed. DMK, M., 2001, v. 1, p. 541).
Недостатком таких МЧИС является ограниченная пороговая чувствительность, не обеспечивающая детектирование слабых магнитных полей. Этот недостаток может быть преодолен в МЧИС с частотной модуляцией магнитоиндуцированного сигнала.The disadvantage of such an MCM is the limited threshold sensitivity that does not allow the detection of weak magnetic fields. This disadvantage can be overcome in the MCHR with frequency modulation of the magnetically induced signal.
Наиболее близким к данному изобретению техническим решением, принятым за прототип, является МЧИС (Cooper A.R., Brignell I.E. A magnetic field transducer with frequency modulated output. J. Phys. E: Sci. Instr., 1984, v.17, p.,627.), где в качестве первичного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, выполненный с возможностью функционировать на основе эффекта Холла, используют двухстоковый полевой транзистор. МЧИС содержит также два усилителя и два генератора, вырабатывающих одинаковую частоту. В МЧИС реализуются две цепочки вида сток полевого транзистора - вход усилителя - выход усилителя - генератор - выход МЧИС. Генераторы частотно модулируют усиленные сигналы со стоков транзистора. При использовании селективного регистрирующего устройства, настроенного на частоту генерации, обеспечивается повышение отношения сигнал/шум МЧИС и, следовательно, возможность улучшения ее пороговой чувствительности.Closest to the present invention, the technical solution adopted for the prototype is MCHIS (Cooper AR, Brignell IE A magnetic field transducer with frequency modulated output. J. Phys. E: Sci. Instr., 1984, v.17, p., 627 .), where as a primary transducer of a magnetic field into an electric signal, configured to function on the basis of the Hall effect, a two-line field-effect transistor is used. MCHIS also contains two amplifiers and two generators producing the same frequency. Two chains of the form of a drain of a field effect transistor are realized in the MCHIS — the input of the amplifier — the output of the amplifier — the generator — the output of the MCHIS. The generators frequency modulate the amplified signals from the drains of the transistor. When using a selective recording device tuned to the generation frequency, an increase in the signal-to-noise ratio of the MSMC and, therefore, the possibility of improving its threshold sensitivity is provided.
Недостатком такого решения является сопутствующее модуляции появление коммутационных помех и паразитных шумов, ограничивающих пороговую чувствительность.The disadvantage of this solution is the concomitant modulation of the appearance of switching noise and spurious noise, limiting the threshold sensitivity.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание МЧИС, характеризующихся повышенной пороговой чувствительностью.The problem to which this invention is directed, is the creation of MCHIS, characterized by high threshold sensitivity.
Техническим результатом, полученным при решении этой задачи, является получение МЧИС с пониженным уровнем коммутационных помех и паразитных шумов.The technical result obtained in solving this problem is to obtain an MChS with a reduced level of switching noise and spurious noise.
Поставленная задача достигается в конструкции МЧИС, содержащей управляемый электрическим полем первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, выполненный с возможностью функционировать на основе эффекта Холла, дифференциальный селективный усилитель и два генератора, новизна которой заключается в том, что в качестве первичного преобразователя используют преобразователь, содержащий два управляющих полевых затвора, к каждому из которых непосредственно присоединен один из генераторов, причем выход генераторов подключен к входам усилителя.The problem is achieved in the design of the MChS, containing a primary field-controlled converter of the magnetic field into an electric signal, configured to function on the basis of the Hall effect, a differential selective amplifier and two generators, the novelty of which is that a converter containing two control field shutters, to each of which one of the generators is directly connected, and the output of the generators is sub It is connected to the inputs of the amplifier.
Для того чтобы избежать чрезмерно высоких требований к параметрам усилителя в качестве генераторов используют генераторы, способные вырабатывать сигналы различной частоты, а в качестве усилителя - усилитель, выполненный с возможностью быть настроенным на частоту, значение которой определено разностью частот обоих генераторов.In order to avoid excessively high requirements on the parameters of the amplifier, generators are used as generators that can generate signals of different frequencies, and as an amplifier, an amplifier is configured to be tuned to a frequency whose value is determined by the frequency difference of both generators.
Разность рабочих частот генераторов, вообще говоря, не является критичным параметром. Практически удобно, если соответствующие частоты отличаются в 1.5-3 раза.The difference in the operating frequencies of the generators, generally speaking, is not a critical parameter. It is practically convenient if the corresponding frequencies differ 1.5-3 times.
В качестве первичного преобразователя магнитного поля можно использовать полевой транзистор с расщепленным стоком, сформированный на основе полупроводника (например, Si) и содержащий области истока, канала, двух стоков, подзатворный диэлектрик на поверхности полупроводника над каналом и затвор, расположенный на поверхности подзатворного диэлектрика, причем датчик дополнительно содержит еще один затвор, так что оба затвора расположены на подзатворном диэлектрике друг за другом.As a primary magnetic field transducer, a split-drain field effect transistor formed on the basis of a semiconductor (for example, Si) and containing a source, a channel, two sinks, a gate insulator on the surface of the semiconductor above the channel and a gate located on the surface of the gate dielectric can be used, moreover the sensor further comprises another gate, so that both gates are located one after the other on the gate dielectric.
Также в качестве первичного преобразователя магнитного поля можно использовать полевой датчик Холла (Мордкович В.Н. и др. Полевой датчик Холла - новый тип преобразователя магнитного поля. Датчики и системы, 2003, №7, с.33-37), имеющий вертикальную двухзатворную управляющую систему.Also, as a primary magnetic field transducer, you can use the field Hall sensor (Mordkovich VN et al. Field Hall sensor - a new type of magnetic field transducer. Sensors and systems, 2003, No. 7, p.33-37), having a vertical double-gate control system.
Предлагаемая конструкция МЧИС позволяет снизить уровень коммутационных помех и паразитных шумов.The proposed design MCHIS allows you to reduce the level of switching interference and spurious noise.
Изобретение поясняется далее более подробно с ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The invention is further explained in more detail with reference to the accompanying drawings, which depict:
На фиг 1 приведена принципиальная схема МЧИС по изобретению.Figure 1 shows a schematic diagram of the MChS according to the invention.
На фиг.2 - схема двухзатворной управляющей полевой системы двухстокового полевого транзистора, А - поперечное сечение. Б - вид сверху.Figure 2 is a diagram of a double-gate control field system of a two-line field-effect transistor, A is a cross section. B - top view.
На фиг.3 - схема двухзатворной управляющей полевой системы полевого датчика Холла (поперечное сечение).Figure 3 is a diagram of a double-gate control field system of a field Hall sensor (cross section).
МЧИС содержит первичный преобразователь магнитного поля 1, имеющий два управляющих полевых затвора 2 и 3, два генератора 4 и 5, один из которых присоединен к затвору 2, а другой - к затвору 3, и селективный дифференциальный усилитель 6, на входы которого поступают выходные сигналы генераторов 4 и 5 (фиг.1). MCHIS contains a primary magnetic field converter 1, having two control field shutters 2 and 3, two generators 4 and 5, one of which is connected to the gate 2, and the other to the gate 3, and a selective differential amplifier 6, to the inputs of which the output signals generators 4 and 5 (figure 1).
В качестве первичного преобразователя может быть использован полевой транзистор, сформированный на основе полупроводника 7 (например, Si) и содержащий области истока 8, канала 9, стока 10, подзатворный диэлектрик 11 на поверхности полупроводника 7 и два затвора 12 и 13, расположенных друг за другом на поверхности подзатворного диэлектрика 7 над каналом 9 (фиг.2А). При этом область стока 10 расщеплена на две части равного размера (фиг.2Б).As a primary converter, a field-effect transistor formed on the basis of a semiconductor 7 (for example, Si) and containing a
Также в качестве первичного преобразователя может быть использован полевой датчик Холла. Он сформирован в слое Si 14 структуры «кремний на изоляторе», состоящей также из слоя скрытого диэлектрика 15 и кремниевой подложки 16 (фиг.3). На поверхности слоя Si 14 сформирована пленка диэлектрика 17 с расположенным на ней электродом затвора 18. Диэлектрик 17 и затвор 18 образуют первую полевую систему, управляющую величиной и формой тока, протекающего по слою кремния 14. Вторую управляющую полевую систему образуют скрытый диэлектрик 15 и кремниевая подложка 16 с расположенным на ней электродом затвора 19. Генераторы сигналов 2 и 3 подсоединяются к электродам 18 и 19 соответственно.Also, a Hall sensor can be used as a primary converter. It is formed in a
МЧИС работает следующим образом. Генераторы вырабатывают сигналы определенной частоты, причем значения частот могут как совпадать, так и отличаться друг от друга. Благодаря этому происходит модуляция тока, протекающего через канал первичного преобразователя и, следовательно, выходного сигнала первичного преобразователя, причем частота модуляции определяется частотами генераторов. Наибольший эффект наблюдается при различии рабочих частот генераторов. Дифференциальный селективный усилитель настраивают на частоту модуляции, благодаря чему обеспечивает не только усиление сигнала, но и повышение отношения сигнал/шум. При этом заданная глубина модуляции не превышает 90%, что практически исключает появление коммутационных помех. В результате пороговая чувствительность МЧИС улучшается на порядки величины.MCHIS works as follows. Generators produce signals of a certain frequency, and the frequency values can either coincide or differ from each other. Due to this, modulation of the current flowing through the channel of the primary converter and, consequently, the output signal of the primary converter occurs, and the modulation frequency is determined by the frequencies of the generators. The greatest effect is observed when the operating frequencies of the generators are different. The differential selective amplifier is tuned to the modulation frequency, due to which it provides not only signal amplification, but also an increase in the signal-to-noise ratio. Moreover, the specified modulation depth does not exceed 90%, which virtually eliminates the appearance of switching noise. As a result, the threshold sensitivity of the MCM is improved by orders of magnitude.
В таблице приведены значения уровня шума МЧИС с использованием полевого датчика Холла в качестве первичного преобразователя магнитного поля, подтверждает преимущества, но не ограничивает использование предлагаемой конструкции МЧИС.The table shows the values of the noise level of the MChS using a field Hall sensor as a primary magnetic field transducer, confirms the advantages, but does not limit the use of the proposed design of the MChS.
Как видно из приведенной таблицы предлагаемая конструкция МЧИС позволяет снизить уровень коммутационных помех и паразитных шумов.As can be seen from the table, the proposed design MCHIS allows you to reduce the level of switching interference and spurious noise.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136443/28A RU2328014C1 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Magnet-sensitive integral circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006136443/28A RU2328014C1 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Magnet-sensitive integral circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2328014C1 true RU2328014C1 (en) | 2008-06-27 |
Family
ID=39680203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006136443/28A RU2328014C1 (en) | 2006-10-17 | 2006-10-17 | Magnet-sensitive integral circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2328014C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465629C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-27 | Виктор Наумович Мордкович | Magnetosensitive integrated circuit |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1532884A1 (en) * | 1987-07-23 | 1989-12-30 | Предприятие П/Я В-8855 | Converter of small variations of active conductivity of primary capacitance transducer |
| RU2175795C1 (en) * | 2000-12-25 | 2001-11-10 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Insulated-gate field-effect transistor |
| WO2006074989A2 (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-20 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne | Hall sensor and method of operating a hall sensor |
-
2006
- 2006-10-17 RU RU2006136443/28A patent/RU2328014C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1532884A1 (en) * | 1987-07-23 | 1989-12-30 | Предприятие П/Я В-8855 | Converter of small variations of active conductivity of primary capacitance transducer |
| RU2175795C1 (en) * | 2000-12-25 | 2001-11-10 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Insulated-gate field-effect transistor |
| WO2006074989A2 (en) * | 2005-01-11 | 2006-07-20 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne | Hall sensor and method of operating a hall sensor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОРДКОВИЧ В.Н. И ДР. ПОЛЕВОЙ ДАТЧИК ХОЛЛА - НОВЫЙ ТИП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ДАТЧИКИ И СИСТЕМЫ, 2003, №7, с.33-37. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465629C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-27 | Виктор Наумович Мордкович | Magnetosensitive integrated circuit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8314646B2 (en) | Signal reproducing device | |
| Nibir et al. | Magnetoresistor with planar magnetic concentrator as wideband contactless current sensor for power electronics applications | |
| DE60236662D1 (en) | INERTIALSENSORVORRICHTUNG WITH A VARIETY OF OUTPUTS | |
| JPWO2007116823A1 (en) | Hall element and magnetic sensor | |
| Heidari et al. | A current-mode CMOS integrated microsystem for current spinning magnetic hall sensors | |
| RU2328014C1 (en) | Magnet-sensitive integral circuit | |
| US6972619B2 (en) | Amplifier with a gain proportional to power source voltage | |
| Demierre et al. | Reference magnetic actuator for self-calibration of a very small Hall sensor array | |
| WO2000020822A3 (en) | High linearity, low offset interface for hall effect devices | |
| DE50011887D1 (en) | Integrated circuit for generating a drive signal for an insulated gate bipolar transistor (IGBT) | |
| RU209743U1 (en) | MAGNETOELECTRIC FIELD TRANSISTOR | |
| US5757055A (en) | Triple drain magneto field effect transistor with high conductivity central drain | |
| Wang et al. | A low-noise interface circuit for MEMS cochlea-mimicking acoustic sensors | |
| RU2401991C2 (en) | Method of measuring medium flow rate | |
| Jainwal et al. | Analysis and validation of low-frequency noise reduction in MOSFET circuits using variable duty cycle switched biasing | |
| SI9600141B (en) | Integrated capacity measurement device for nanometric distances | |
| RU2465629C1 (en) | Magnetosensitive integrated circuit | |
| US12531570B2 (en) | Circuit arrangement comprising a MOS sensor, in particular TMOS sensor, and a corresponding method for operating the circuit arrangement | |
| Li et al. | Weak magnetic field pattern detection by CMOS magnetic latch | |
| JPS58155761A (en) | Hall effect semiconductor integrated circuit | |
| CN115314015B (en) | A chaotic power amplifier and a chaotic SPWM signal generation method | |
| JP3836104B2 (en) | Amplifier with gain proportional to supply voltage | |
| JPS6329975A (en) | Field effect semiconductor device | |
| Leonov et al. | Sensors with SOI FET Primary Transducers and Frequency Output | |
| Kawahito et al. | An integrated MOS magnetic sensor with chopper-stabilized amplifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081018 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110420 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131018 |