磁敏線陣列CMOS傳感器集成電路的研究.pdf

1、基于硅的半導(dǎo)體磁敏傳感器可以直接應(yīng)用于測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的各種磁場(chǎng)計(jì),和讀出磁介質(zhì)上信息的各類磁頭;也可以間接應(yīng)用于把磁場(chǎng)作為媒介用來(lái)探測(cè)非磁信號(hào)的測(cè)量器件,如無(wú)接觸開(kāi)關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)電位器、電流計(jì)、功率計(jì)等.傳統(tǒng)的磁敏傳感器多為分立器件,采用焊接的方式將磁敏傳感器和系統(tǒng)電路結(jié)合在一起.這種方式不能實(shí)現(xiàn)傳感器與信號(hào)處理電路的單芯片集成,難以實(shí)現(xiàn)器件的微型化、系統(tǒng)化和智能化.本論文主要的研究?jī)?nèi)容為磁敏線陣列傳感器集成電路芯片.該芯片采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS集

2、成電路工藝制造,將磁敏傳感器陣列與信號(hào)處理電路系統(tǒng)集成在同一芯片上,可以實(shí)現(xiàn)傳感器的SOC(System on Chip)和智能化(Smart Sensor)設(shè)計(jì).在芯片中的磁敏傳感器單元采用扇形分裂漏MOSFET磁敏晶體管(扇形MAGFET),直接將磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)輸出.扇形結(jié)構(gòu)的MAGFET器件是首次被提出,新結(jié)構(gòu)提高了MAGFET器件的靈敏度.通過(guò)建立扇形MAGFET器件的靈敏度模型,優(yōu)化了器件設(shè)計(jì).信號(hào)處理電路系統(tǒng)中的磁信號(hào)

3、預(yù)處理電路模塊將MAGFET輸出的電流信號(hào)放大,并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出;同時(shí)數(shù)字控制電路切換磁信號(hào)預(yù)處理電路模塊,實(shí)現(xiàn)磁信號(hào)感應(yīng)和磁信號(hào)屏蔽.信號(hào)處理電路系統(tǒng)中的相關(guān)二次采樣(Correlated Double Sampling,CDS)電路模塊,可以有效降低傳感信號(hào)的固定模式噪聲(Fixed Pattern Noise,FPN).信號(hào)處理電路系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)調(diào)整電路模塊,可以有效擴(kuò)大傳感器的測(cè)試范圍.整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)字控制電路的控制下工