[go: up one dir, main page]

RU2328014C1 - Magnet-sensitive integral circuit - Google Patents

Magnet-sensitive integral circuit Download PDF

Info

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
Application number
RU2006136443/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Львович Бараночников (RU)
Михаил Львович Бараночников
Виктор Наумович Мордкович (RU)
Виктор Наумович Мордкович
Алексей Владимирович Леонов (RU)
Алексей Владимирович Леонов
Original Assignee
Виктор Наумович Мордкович
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 Виктор Наумович Мордкович filed Critical Виктор Наумович Мордкович
Priority to RU2006136443/28A priority Critical patent/RU2328014C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2328014C1 publication Critical patent/RU2328014C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: magnet-sensitive integral circuit is related to the field of electronic detectors of magnetic field, and more precisely, to magnet-sensitive integral circuits (MSIC). Fields of MSIC application are autoelectrics, automatics and robotics, measuring equipment, systems of navigation and orientation, safety systems. Problem put by is achieved in design of MSIC, which contains primary transducer of magnet field into electric signal that is controlled by electric field and is made with the possibility of functioning on the basis of Hall effect, differential selective amplifier and two generators, novelty of which consists in the fact that as primary transducer, transducer is used that contains two control field gates, to every of which one of the generators in directly connected, at that outlet of generators output is connected to amplifier inputs.
EFFECT: reduced level of commutation impediments and parasite noises.
3 dwg

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 source region 8, a channel 9, a drain 10, a gate insulator 11 on the surface of the semiconductor 7, and two gates 12 and 13 located one after another can be used on the surface of the gate dielectric 7 above the channel 9 (figa). Moreover, the drain region 10 is split into two parts of equal size (Fig.2B).

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 Si 14 layer of a silicon on an insulator structure, which also consists of a layer of a hidden dielectric 15 and a silicon substrate 16 (Fig. 3). A dielectric film 17 with a gate electrode 18 located on it is formed on the surface of the Si 14 layer. The dielectric 17 and the gate 18 form the first field system that controls the magnitude and shape of the current flowing through the silicon layer 14. The second control field system is formed by a hidden dielectric 15 and a silicon substrate 16 with the gate electrode 19 located on it. Signal generators 2 and 3 are connected to the electrodes 18 and 19, respectively.

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.

ТаблицаTable Частота модуляции тока канала, ГцChannel current modulation frequency, Hz Уровень шумов МЧИС (отн. ед.)Noise level MCHIS (rel. Units) Рабочие частоты генераторов совпадаютThe operating frequencies of the generators match Рабочие частоты генераторов отличаются в 2 разаThe operating frequencies of the generators differ by 2 times 00 30thirty -- 100one hundred 3...43 ... 4 0,5...0,80.5 ... 0.8 10001000 1...1,21 ... 1,2 0,15...0,250.15 ... 0.25 1000010,000 0,13...0,160.13 ... 0.16 0,02...0,0250.02 ... 0.025 Примечание: при ширине полосы пропускания 1 Гц.Note: at a bandwidth of 1 Hz.

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)

1. Магниточувствительная интегральная схема, содержащая управляемый электрическим полем первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, выполненный с возможностью функционировать на основе эффекта Холла, дифференциальный селективный усилитель и два генератора, отличающаяся тем, 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.1. Magnetosensitive integrated circuit containing an electric field-controlled primary transducer of a magnetic field into an electric signal configured to function on the basis of the Hall effect, a differential selective amplifier and two generators, characterized in that a transducer containing two control field shutters is used as the primary transducer , each of which is directly connected to one of the generators, and the output of the generators is connected to the inputs of the amplifier . 2. Магниточувствительная интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что 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.2. The magnetosensitive integrated circuit according to claim 1, characterized in that the generators use oscillators capable of generating signals of different frequencies, and the amplifier is an amplifier configured to be tuned to a frequency whose value is determined by the frequency difference of both generators. 3. Магниточувствительная интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что в качестве первичного преобразователя магнитного поля используют полевой транзистор с расщепленным стоком, сформированный на основе полупроводника (например, кремния) 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.3. The magnetosensitive integrated circuit according to claim 1, characterized in that a split-drain field effect transistor formed on the basis of a semiconductor (for example, silicon) and containing a source region, a channel, two drains, a gate insulator on the surface is used as the primary magnetic field converter a semiconductor above the channel and a gate located on the surface of the gate dielectric, the sensor further comprising another gate, so that both gates are located on the gate dielectric g other. 4. Магниточувствительная интегральная схема по п.1, отличающаяся тем, что в качестве первичного преобразователя магнитного поля используют полевой датчик Холла, имеющий вертикальную двухзатворную управляющую систему.4. The magnetosensitive integrated circuit according to claim 1, characterized in that as the primary transducer of the magnetic field using a field Hall sensor having a vertical two-gate control system.
RU2006136443/28A 2006-10-17 2006-10-17 Magnet-sensitive integral circuit RU2328014C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465629C1 (en) * 2011-04-13 2012-10-27 Виктор Наумович Мордкович Magnetosensitive integrated circuit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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