集成型巨磁阻磁開關電路研制.pdf

1、集成型磁開關一種以磁敏傳感器為核心元件,并結合了集成電路制造技術的而生產(chǎn)的磁控開關。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)療電了等領域應用非常廣泛。
　　 目前,常見的集成型磁開關主要基于三種效應:霍爾效應、各項異性磁阻效應(AMR)和巨磁阻效應(GMR)。其中,霍爾效應磁開關的結構和工藝簡單、成本較低,在常規(guī)領域應用普遍。但是由于其芯片面積較大且存在嚴重的溫度漂移,難以勝任如醫(yī)療、國防、航

2、空航天等特殊環(huán)境的應用。AMR磁開關雖然可以克服霍爾效應磁開關的缺點,但由于飽和磁場過低而應用受到限制。而基于巨磁阻效應的集成型磁開關,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)界關注的焦點。迄今為止,這一領域內(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

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構,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。本課題所設計的集成型巨磁阻磁開關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構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,為了使本課題所設計的磁開關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之上完成了基于巨磁阻傳