【摘 要】
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各向异性磁阻传感器基于各向异性磁阻效应,包括线性传感器和接近开关传感器。其中各向异性磁性开关传感器由惠斯通电阻桥构成敏感单元,与电路集成在单芯片中,为替代进口芯片,优化开关性能。本论文首先介绍了各向异性传感器历史进程、国内外发展动态以及做开关芯片的依据及价值;接下来简单介绍了各向异性磁性传感器开关芯片的整体电路设计,简述了两个单元模块工作方式及原理。之后在原电路的基础上,对电路进行了原理上的优化,
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各向异性磁阻传感器基于各向异性磁阻效应,包括线性传感器和接近开关传感器。其中各向异性磁性开关传感器由惠斯通电阻桥构成敏感单元,与电路集成在单芯片中,为替代进口芯片,优化开关性能。本论文首先介绍了各向异性传感器历史进程、国内外发展动态以及做开关芯片的依据及价值;接下来简单介绍了各向异性磁性传感器开关芯片的整体电路设计,简述了两个单元模块工作方式及原理。之后在原电路的基础上,对电路进行了原理上的优化,详细介绍了作者本人所负责的几个子模块的设计与仿真,并对整个芯片的功能进行了仿真验证。在芯片流片后,构建高低温测试平台以及磁工作点测试平台,分析测试得到的结果,最后进行了总结。本课题基于上海华虹宏力0.18μm CMOS工艺,与成都芯进电子有限公司合作。在原有设计的基础上,对芯片的内部架构和电路进行了优化。系统主要由放大单元模块、比较单元模块、调整器模块、逻辑控制模块、输出驱动模块以及静电保护模块等6个模块构成。首先通过放大单元将微弱的小信号进行放大,再通过动态阈值调节实现触发和释放的开关调节动作。本文重点研究放大单元、比较单元和调整器单元三个子模块的优化设计。本文采用正弦信号模拟磁阻桥产生的信号进行仿真,结果如下:（1）在待机的情况下,整体电路的关断电流低至12μA,极大地降低了芯片的功耗;整个磁阻开关传感器平均功耗极低,约为9.828μW;（2）触发工作启动时间平均小于4μs。根据设计在工厂制备了芯片,分别测试了芯片在常温和高低温环境下的磁工作点,其中在常温下磁工作点BOP为±10Gs,BRP为±5Gs。该电路输入工作电压范围为1.8V～5.5V,工作温度范围为-40℃～85℃,工作频率为50Hz。电源电压为5V时消耗电流为2.4μA左右,平均功耗为12μW,得到的结果达到了预期设计目标。本文提出将动态阈值调节应用在放大单元模块和调整器单元模块中,是较早开展集成磁阻各向异性传感器芯片研究,对高端芯片国产化具有重要意义。
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