霍爾集成電路設(shè)計(jì)及其測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)

作為目前被廣泛使用的磁場(chǎng)傳感器之一的霍爾傳感器,在精密測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化及家用電器,特別汽車(chē)電子等領(lǐng)域得到了出色的應(yīng)用。根據(jù)以上理論分析和參數(shù)設(shè)計(jì)，給出了新型電容式微慣性傳感器的整體結(jié)構(gòu)模型，并利用有限元軟件Ansys進(jìn)行。隨著IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其對(duì)測(cè)試儀器的要求越來(lái)越高,即要保證芯片的參數(shù)準(zhǔn)確,又需要很,測(cè)試儀變得智能化。對(duì)霍爾傳感器作了一些研究,對(duì)一款開(kāi)關(guān)型雙極霍爾傳感器作了設(shè)計(jì)與分析。針對(duì)此霍爾芯片開(kāi)發(fā)了霍爾測(cè)試儀,能夠準(zhǔn)確測(cè)出霍爾器件的各項(xiàng)性能參數(shù)。本文章簡(jiǎn)要概述了模擬集成電路的重要性及發(fā)展國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上引出了數(shù)模混合集成的霍爾傳感器芯片,對(duì)霍爾傳感器原理、應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r作了詳細(xì)的描述。

深圳瑞泰威科技有限公司是國(guó)內(nèi)IC電子元器件的代理銷(xiāo)售企業(yè)，專(zhuān)業(yè)從事各類(lèi)驅(qū)動(dòng)IC、存儲(chǔ)IC、傳感器IC、觸摸IC銷(xiāo)售，品類(lèi)齊全，具備上百個(gè)型號(hào)。接近傳感器的振動(dòng)器振動(dòng)及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，因此達(dá)到接近傳感器的非接觸式之檢測(cè)的目的。與國(guó)內(nèi)外的東芝、恩智浦、安森美、全宇昕、上海晶準(zhǔn)等均穩(wěn)定合作，保證產(chǎn)品的品質(zhì)和穩(wěn)定供貨。自公司成立以來(lái)，飛速發(fā)展，產(chǎn)品已涵蓋了工控類(lèi)IC、光通信類(lèi)IC、無(wú)線通信IC、消費(fèi)類(lèi)IC等行業(yè)。

IC傳感器

IC 傳感器可在-55°C至 150°C的溫度范圍內(nèi)工作 -- 精選的幾種IC傳感器工作溫度可高達(dá) 200°C。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,但存在下述缺點(diǎn):一是其輸出信號(hào)的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。有各種類(lèi)型的集成式IC傳感器，不過(guò)四種常見(jiàn)的集成式IC傳感器當(dāng)屬模擬輸出器件、數(shù)字接口器件、遠(yuǎn) 程溫度傳感器以及那些具有溫控器功能的集成式IC傳感器(溫度開(kāi)關(guān))。模擬輸出器件(一般是電壓輸出，但有些也具有電流輸出)在其需要ADC來(lái)對(duì)輸出信號(hào) 進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)像無(wú)源解決方案。數(shù)字接口器件常使用兩線接口(I2C或PMBus)，并具有內(nèi)置的ADC。

除了也包括一個(gè)局部溫度傳感器外，遠(yuǎn)程溫度傳感器還具有一路或多路輸入以便監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程二極管溫度 -- 它們常被置于高度集成的數(shù)字IC(例如，處理器或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列【FPGA】)中。當(dāng)達(dá)到溫度閾值時(shí)，溫控器可提供簡(jiǎn)單的警報(bào)。

使用IC傳感器有許多好處，包括:功耗低;可提供小型封裝產(chǎn)品(有些尺寸小到0.8mm×0.8mm);還可在某些應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低器件成本。磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器作為一種新型的高靈敏度磁探測(cè)器，其探測(cè)精度目前已接近SQUID器件并已達(dá)到fT量級(jí)。此外，由于IC傳 感器在生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中都經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，因此沒(méi)有必要進(jìn)一步校準(zhǔn)。它們通常用于健身跟蹤應(yīng)用、可佩戴式產(chǎn)品、計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄器和汽車(chē)應(yīng)用。

多傳感器

1.關(guān)于檢測(cè)概率引起的傳感器更新順序問(wèn)題。利用不同構(gòu)形的彈元件可測(cè)量各種物體的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力、扭矩、加速度等機(jī)械量。在迭代形式的多傳感器PHD(Iterated corrector PHD,IC-PHD)濾波中,跟蹤結(jié)果的好壞主要取決于后一個(gè)更新傳感器的檢測(cè)概率。當(dāng)該傳感器的檢測(cè)概率較低時(shí),極易造成整個(gè)多傳感器系統(tǒng)發(fā)生漏檢。為此,基于高斯混合實(shí)現(xiàn)的IC-PHD濾波,本文提出一種改進(jìn)的濾波算法。該算法與原始濾波算法的結(jié)構(gòu)類(lèi)似,不同的是改進(jìn)算法中每個(gè)高斯分量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)概率或漏檢概率是由多個(gè)傳感器的檢測(cè)概率和漏檢概率融合而成的。結(jié)果表明,改進(jìn)算法不僅降低檢測(cè)概率的影響,同時(shí)也弱化了傳感器順序的影響。

2.關(guān)于漏檢引起的目標(biāo)問(wèn)題。2、直流三線式：直流三線式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。在乘積多傳感器PHD(Product multi-sensor PHD,PM-PHD)濾波中,修正系數(shù)需要計(jì)算每一項(xiàng)均大于零的無(wú)窮項(xiàng)的和,計(jì)算不可行。為此,提出一種有限項(xiàng)近似方法。該方法在分析無(wú)窮項(xiàng)收斂性的基礎(chǔ)上,利用具有代表性的有限項(xiàng)的求和來(lái)近似。此外,一旦發(fā)生目標(biāo)漏檢,PM-PHD濾波則有可能估計(jì)出目標(biāo)。為此,基于高斯混合實(shí)現(xiàn)的PM-PHD濾波,本文提出一種高斯分量權(quán)重的重分配方法。結(jié)果表明,該方法能同時(shí)避免目標(biāo)和漏檢的發(fā)生,有效提高了濾波算法的性能。

3.關(guān)于量測(cè)信息利用不完全引起的目標(biāo)權(quán)重估計(jì)錯(cuò)誤問(wèn)題。接近傳感器是利用振動(dòng)器發(fā)生的一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這磁場(chǎng)并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)發(fā)生渦流，因此導(dǎo)致振動(dòng)衰減，以至接近傳感器的振動(dòng)器停振。在計(jì)算由量測(cè)劃分產(chǎn)生的量測(cè)子集的權(quán)重時(shí),由于IC-PHD濾波不能充分利用多個(gè)傳感器的量測(cè)信息,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)權(quán)重過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象。為此,本文提出一種雙向權(quán)重計(jì)算方法。該方法將量測(cè)子集的權(quán)重分為兩部分。一部分主要用于解決因漏檢造成的權(quán)重過(guò)低問(wèn)題,另一部分主要用于解決因虛警造成的權(quán)重過(guò)高問(wèn)題。結(jié)果表明,改進(jìn)方法能有效提高濾波算法的跟蹤精度和魯棒性。

3GMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器

磁電阻效應(yīng)是對(duì)于一些磁性材料，當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，材料的電阻會(huì)發(fā)生變化的效應(yīng)。這種磁電阻效應(yīng)次由William Thomson 于1857 年在鐵樣品中發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)的材料磁阻變化率很小，只有1%，此效應(yīng)即被稱(chēng)為各向異性磁電阻(AMR)效應(yīng)。

1988 年，Grunberg 和Baibich 等人通過(guò)分子束外延的方法制備了Fe/Cr 多層膜，并在其中發(fā)現(xiàn)了磁阻變化率達(dá)到50%以上。用有源混頻器使本振需求僅為-10dBm,減小了系統(tǒng)對(duì)本振信號(hào)放大器的需求。這種巨大的磁電阻變化效應(yīng)被稱(chēng)為巨磁電阻(GMR)效應(yīng)。GMR效應(yīng)來(lái)源于載流電子在不同的自旋狀態(tài)下與磁場(chǎng)的作用不同導(dǎo)致的電阻變化。GMR由鐵磁—非磁性金屬—鐵磁多層膜交疊組成。兩層鐵磁層的矯頑力不同。當(dāng)鐵磁層的磁矩互相平行時(shí)，載流子與自旋有關(guān)的散射，材料具有的電阻。而當(dāng)鐵磁層的磁矩為反平行時(shí)，載流子與自旋相關(guān)的散射強(qiáng)，材料的電阻。對(duì)于GMR效應(yīng)可以由Mott 提出的雙電流模型解釋。在非磁性層中，不同自旋的電子能帶相同，但是在鐵磁金屬中，不同自旋的能帶發(fā)生劈裂，導(dǎo)致在費(fèi)米能級(jí)處，自旋向上和向下的電子態(tài)密度不同。

在雙電流模型中，假設(shè)自旋向上和向下的電子沿層面流動(dòng)對(duì)應(yīng)兩個(gè)互相獨(dú)立的導(dǎo)電通道，其中自旋向上的電子，其平均自由程遠(yuǎn)大于自旋向下的電子。下面將分別對(duì)GMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的發(fā)展及本課題組在TMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器制備、測(cè)試方面開(kāi)展的工作進(jìn)行介紹。在鐵磁層磁矩反平行排列下，自旋向上和自旋向下的電子散射概率相同；而在平行排列下，自旋向上的電子散射要遠(yuǎn)小于自旋向下的電子，從而造成平行和反平行排列下電阻的差別。