论文中文题名: | 高性能霍尔电流传感器芯片设计 |
姓名: | |
学号: | 18207205081 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085208 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 电子与通信工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 集成电路设计 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2021-06-22 |
论文答辩日期: | 2021-06-01 |
论文外文题名: | Design of High-performance Hall Current Sensor Chip |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Hall current sensor ; Low noise ; Low offset voltage ; Temperature compensation |
论文中文摘要: |
随着传感器技术的发展,霍尔电流传感器在工业自动化、汽车电子、航空航天和国防等领域得到了广泛的应用。但是,电路中存在闪烁噪声和失调电压、霍尔元件灵敏度受温度影响会发生改变,这些因素严重影响了霍尔电流传感器的检测精度。因此,研究噪声、失调电压抑制技术以及灵敏度温度补偿技术,设计一款低噪声、低失调电压和灵敏度温度特性良好的霍尔电流传感器芯片具有重要理论意义及工程应用价值。 通过分析霍尔元件失调电压的来源,采用正交电流法分离霍尔电压与失调电压,后续电路采用采样-保持-平均-抵消的设计思路将分离后的失调电压消除。通过分析信号处理电路中噪声和失调电压的来源,对比常用噪声和失调电压消除技术的优缺点,确定了基于斩波稳定技术的失调电压和噪声消除方案,在研究传统斩波技术电路的基础上,对调制电路、运算放大器电路和滤波电路进行了改进与设计。通过研究常用的灵敏度温度补偿技术,采用与霍尔元件形状、材料完全相同的电阻抵消霍尔元件等效电阻随温度变化产生的影响,从而实现了灵敏度温度补偿。同时,对芯片内部的带隙基准电路、时钟信号产生电路以及输出级电路等关键模块进行了设计与仿真分析,最终,完成了霍尔电流传感器芯片的整体电路设计。 基于SK Hynix 0.18um BCD仿真库文件,结合Hspice软件,对芯片整体电路进行了仿真分析,其结果验证了电路功能的正确性。最后,基于SK Hynix 0.18um BCD工艺模型,完成了芯片整体版图的设计与绘制,并通过了DRC与LVS验证,其结果验证了所设计版图的可行性。 |
论文外文摘要: |
With the development of sensor technology, Hall current sensors have been widely used in the fields of industrial automation, automotive electronics, aerospace and defense. However, the performance of Hall current sensor is seriously affected by the problems of flicker noise, offset voltage and Hall element sensitivity changing with temperature. Therefore, the research of offset voltage and noise suppression method and sensitivity temperature compensation method, and the design of a Hall current sensor chip with low noise, low offset voltage and good sensitivity temperature characteristics has important theoretical significance and engineering application value. By analyzing the source of the offset voltage of the Hall element, the quadrature current method is used to separate the Hall voltage and the offset voltage, and the design idea of sample-hold-average-offset is adopted to the separated offset voltage for the subsequent circuit eliminate. By analyzing the sources of noise and offset voltage in the signal processing circuit, comparing the advantages and disadvantages of commonly used noise and offset voltage elimination technologies, an offset voltage and noise elimination scheme based on chopper stabilization technology is determined. On the basis of researching traditional chopper technology circuits, Modulation circuit, operational amplifier circuit and filter circuit are improved and designed. By studying the commonly used sensitivity temperature compensation technology, the resistance of the Hall element with the same shape and material is used to offset the effect of the equivalent resistance of the Hall element with the temperature change, so as to realize the sensitivity temperature compensation. At the same time, the key modules such as the bandgap reference circuit, clock signal generating circuit and output stage circuit inside the chip are designed and simulated. Finally, the overall circuit design of the Hall current sensor chip is completed. Based on the SK Hynix 0.18um BCD simulation library file, combined with Hspice software, the overall circuit of the chip was simulated and analyzed, and the results verified the correctness of the circuit function. Finally, based on the SK Hynix 0.18um BCD process model, the overall layout of the chip was designed and drawn, and it passed DRC and LVS verification. The feasibility of the designed layout is verified by the results. |
参考文献: |
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中图分类号: | TN433 |
开放日期: | 2021-06-22 |