集成型巨磁阻磁開關(guān)電路研制.pdf

1、集成型磁開關(guān)一種以磁敏傳感器為核心元件,并結(jié)合了集成電路制造技術(shù)的而生產(chǎn)的磁控開關(guān)。它具有體積小、精度高、功耗低、可靠性高、抗震動等優(yōu)點,在自動化控制、安保、醫(yī)療電了等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。
　　 目前,常見的集成型磁開關(guān)主要基于三種效應(yīng):霍爾效應(yīng)、各項異性磁阻效應(yīng)(AMR)和巨磁阻效應(yīng)(GMR)。其中,霍爾效應(yīng)磁開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工藝簡單、成本較低,在常規(guī)領(lǐng)域應(yīng)用普遍。但是由于其芯片面積較大且存在嚴(yán)重的溫度漂移,難以勝任如醫(yī)療、國防、航

2、空航天等特殊環(huán)境的應(yīng)用。AMR磁開關(guān)雖然可以克服霍爾效應(yīng)磁開關(guān)的缺點,但由于飽和磁場過低而應(yīng)用受到限制。而基于巨磁阻效應(yīng)的集成型磁開關(guān),具有更高精度、更低功耗、更小尺寸,同時具有優(yōu)良的溫度特性和較高的飽和場。因此已成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點。迄今為止,這一領(lǐng)域內(nèi)圍際上僅美國NVE公司成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前國內(nèi)相關(guān)研究及產(chǎn)業(yè)化工作僅處于起步階段。集成型巨磁阻磁開關(guān)在國內(nèi)和國際上均具有巨大的市場潛力。
　　 本課題的研究基于杭州電子科技大學(xué)

3、磁電子中心實驗室和東方微磁科技仃限公司共同研發(fā)的巨磁阻多層膜傳感器。該傳感器內(nèi)部采用惠斯通電橋結(jié)構(gòu),輸出差分信號,具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和線性度,并且磁滯較小。本課題所設(shè)計的集成型巨磁阻磁開關(guān)電路包含放大模塊和判斷模塊兩個主要部分。根據(jù)惠斯通電橋的輸出信號特點,放大模塊采用了典型的三運放結(jié)構(gòu)的儀表放大器以滿足高共模抑制比和高輸入阻抗的要求。同時,為了使本課題所設(shè)計的磁開關(guān)電路具有一定的噪聲容限,避免閾值電壓附近的噪聲使輸出信號出現(xiàn)劇烈的跳變

4、,判斷模塊采用了遲滯比較器的形式。除此之外,為了提升驅(qū)動能力,在電路的輸出端增加了Buffer電路,并增加了PNP型晶體管以提供電流沉的輸出。
　　 在進行電路設(shè)計之前,本課題先對巨磁阻多層膜傳感器芯片的性能進行了測試和分析。根據(jù)測試結(jié)果可以得知該傳感器對磁場的角度變換較為敏感,并且可以用余弦函數(shù)進行表征。同時,本課題通過分析影響傳感器角度特性的非理想因素,對理論模型進行修正,使之能夠更好的與實驗數(shù)據(jù)相符合。
　　 電路

5、的設(shè)計基于華潤上華科技有限公司(CSMC)的0.5μm Mixed Signal工藝進行,并流片試制。試制樣片經(jīng)測試驗證,儀表放大器特性可以接受;遲滯比較器的遲滯區(qū)間出現(xiàn)了較為明顯的偏移,而功能實現(xiàn)較好;較為遺憾的足,由于PNP晶體管部分的版圖出現(xiàn)錯漏,導(dǎo)致其發(fā)射極與地線短路而失去了電流沉輸出功能。以上不足之處,將在今后的科研項目中進行改正并完善。
　　 綜上所述,本課越在對巨磁阻多層膜傳感器性能分析的基礎(chǔ)之上完成了基于巨磁阻傳