Полная версия

Главная arrow Техника arrow ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Магниточувствительные интегральные схемы

Магнитокоммутируемые ИС на основе эффект а Холла

Как отмечалось ранее, использование кремниевой микроэлектронной технологии значительно расширяет функциональные возможности ДХ и область их применения, а также снижает их стоимость. Кремний раньше нс использовался для изготовления ДХ из-за малой подвижности носителей заряда, которая не позволяет получать высокие выходные сигналы. Типичный кремниевый ДХ имеет чувствительность всего лишь 30 мВ/кГс, что на 2 порядка меньше, чем сигнал арсенид-галлисвого ДХ. Зато он обладает гораздо большей температурной стабильностью, чем все другие ДХ, а объединение с ним схем усиления и обработки сигналов в едином интегральном исполнении позволяет получать на выходе напряжения, вполне приемлемые для практического использования. Кроме того, в значительной мерс упрощаются проблемы шумов и длинных выводов, характерные для дискретных ДХ.

В настоящее время разработаны магниточувствительные ИС как с цифровым, так и с линейным выходами, изготавливаемые по гибриднопленочной, биполярной и МОП-технологии [19-22].

Типичная магниточувствительная коммутирующая микросхема (МКМ) состоит из ДХ, дифференциального усилителя (ДУ), порогового устройства и выходного логического каскада. В [20] приведено описание МКМ серии 1116КП, изготавливаемой по эпитаксиально-планарной технологии с изоляцией элементов обратносмещенным р-п-переходом. Рассмотрим принцип действия электрической схемы МКМ (рис. 14).

В качестве усилителя использован дифференциальный каскад на п-р-п транзисторах Т1, Т2 с резистивной нагрузкой R1,R3 и токозадающим резистором R2. К коллекторам транзисторов ДУ подключена бистабильная схема, выполненная на п-р-п транзисторах ТЗ, Т4 с эмиттерной связью. Резистор R3 является одновременно коллекторной нагрузкой транзистора ТЗ и правого плеча ДУ. Нагрузкой гранзистора Т4 служит ирямосмещенный переход база- эмиттер транзистора Т5, с коллектора которого снимается инвертированный выходной токовый сигнал. Выходной сигнал далее усиливается эмиттерным повторителем на п-р-п транзисторе Тб и через два резистивных делителя, ограничивающих эмиттерный ток, поступает на базы выходных транзисторов Т7, Т8 с открытыми коллекторами.

Для повышения стабильности параметров МКМ и расширения диапазона питающего напряжения в псе включен внутренний стабилизатор напряжения на транзисторе T9, стабилитроне ДЗ и токозадающем резисторе R11. Стабилизатор обеспечивает внутреннее питание схемы напряжением 5 В, независимо от приложенного с внешнего источника напряжения в диапазоне 9+30 В.

Основные технические характеристики МКМ К1116КПЗ следующие:

  • - магнитная индукция срабатывания - 200 Гс;
  • - магнитная индукция включения - 350 Гс;
  • - гистерезис переключения - 50 Гс;
  • - потребляемый ток - 6 мА;
  • -температурный диапазон работы - -40 °С + +125 °С;
  • -гистерезис переключения -50 Гц;
  • -потребляемый ток - 6 мА.

Использование гибридно-пленочной технологии изготовления позволяет вместо обычно применяемого ДУ ввести операционный усилитель с высоким коэффициентом усиления, что повышает магнитную чувствительность и температурную стабильность, а также даст возможность с помощью внешних подстроечных резисторов регулировать величину гистерезиса и магнитной индукции переключения [21].

На рис. 15 приведена принципиальная схема МКМ в гибридно- пленочном исполнении.

Питание ДХ осуществляется через 2 равных по величине токоограничивающих резистора R1 и R2, между которыми включен ДХ. Такое включение обеспечивает подачу синфазного напряжения на вход операционного усилителя (ОУ) 740УД4, равного половине напряжения питания, что обеспечивает нормальную работу выходного каскада усилителя при одностороннем питании. Кроме того, применение токоо1раничивающих резисторов позволяет

Топология дифференциального ГМРП

Рис. 13. Топология дифференциального ГМРП

Принципиальная схема гибридно-пленочной МКМ

Рис. 15. Принципиальная схема гибридно-пленочной МКМ

Принципиальная схема твердотельной магнитокоммутируемой ИС на

Рис. 14. Принципиальная схема твердотельной магнитокоммутируемой ИС на

эффекте Холла снизить дрейф параметров схемы при изменении входного сопротивления ДХ с температурой.

Положительная обратная связь на резисторах R5-R7 введена для получения гистерезиса переключения, повышающего помехоустойчивость схемы. Глубина положительной обратной связи регулируется лазерной подгонкой резистора R6, а начальное смещение выбирается подгонкой резистора R3.

В качестве материала пленочных резисторов применяется сплав РС-3710 с ТКС =10'4 град' и поверхностным сопротивлением 1 кОм/кВ. Поскольку ТКС используемых резисторов меньше, чем ТКС кремниевой пленки, на которой сформирован ДХ, включенный последовательно с ними, то степень влияния последнего на общее температурное изменение сопротивления цепи значительно снижается.

Выходом схемы является открытый коллектор бескориусного транзистора КТ-379, который работает в ключевом режиме и обеспечивает согласование схемы со стандартными логическими схемами. Напряжение питания гибридной МКМ 27 В, потребляемый ток - 6 мА, а магнитная индукция переключения лежит в диапазоне 100 - 500 Гс.

Основной проблемой магниточувствительных НС с ДХ является температурный и временной дрейфы остаточного напряжения ДХ, связанные с перераспределением упругих механических напряжений в объеме кристалла ДХ, возникающих при изменениях температуры и протекании тока. Для уменьшения дрейфов ДХ применяется ортогональное соединение холловских элементов, которое обеспечивает снижение влияния механических напряжений на остаточное напряжение ДХ (рис. 16). Помимо этого, для уменьшения влияния дрейфа положительных ионов на границе Si-Si02 на дрейф нулевого смещения проводится ионное легирование рабочей поверхности ДХ атомами бора. Тем самым на поверхности создается тонкий слой p-типа проводимости, отделяющий объем n-типа проводимости от границы Si-Si02 (рис. 17). Указанные меры применены в МКМ серии КП 1159, что позволило снизить дрейф остаточного напряжения U0 до 0.02 мВ/С.

В табл.6 приведены параметры некоторых типов отечественных и зарубежных МКМ.

Существенным недостатком биполярных магниточувствительных ИС является большой ток потребления (6 мА), что особенно критично при их использовании в устройствах с автономными источниками питания.

Для уменьшения потребляемого тока используется КМОП-технология, которая позволяет также получить более высокую чувствительность и низкий уровень собственных шумов. Пороговая магниточувствительная ИС, изготовленная по КМОП-технологии, также, как и биполярная, содержит магниточувствительный элемент, схемы усиления и обработки сигналов, расположенные на едином кристалле. При напряжении питания 3 В ток потребления ИМС менее 0.5 мА, а индукция переключения находится в диапазоне 100-300 Гс [23].

Параметры магииточувствитсльных микросхем Таблица 6

тип МИС

Вср, мТл, min/max

Г истсрсзис, гпТл

1пит>

мА

диапазон температур, °С

К1116КПЗ,СССР

20/35

5

6

-40.

. +125

1AV2A HONEYWELL, США

40/45

10

13

-40 .

.+150

SAS221S4, “SIEMENS”, ФРГ

25/40

5

7

-40.

. +125

TL172 TEXAS INSTRUMENT, США

60/10

40

-

-40 .

.+125

DGN 3203 “SPRAQUE”, США

35/10

20

-

-40 .

. +125

S6SS2 MICROSWITCH, США

62/12

40

-

-40 .

. +150

МКМ 1159КП1

5/15

2

6

-60 .

.+125

Чувствительным элементом является элемент Холла, выполненный на основе тонкого инверсионного слоя n-канала МОП-транзистора. Помимо обычных областей стока, истока и затвора холловский транзистор содержит две дополнительные области холловских контактов, формируемых одновременно со стоком и истоком (рис. 18, а). Геометрические размеры транзистора близки к оптимальным. Напряжение Холла, возникающее при воздействии магнитного поля, передается непосредственно с холловских контактов на затворы двух усилительных транзисторов, управляя протекающими в них токами (рис. 18, б).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>