霍尔传感器响应时间的物理仿真分析

张安安, 李 晖

(江西省科学院 能源研究所,江西 南昌 330039)

0 引 言

磁性传感器是最常用的传感器之一,现如今广泛应用于工业、汽车及智能手机等领域[1]。在磁性传感器中,霍尔传感器因其能与标准微电子工艺兼容而发挥着重要作用。与采用高迁移率复合半导体(如GaAs或InSb)实现的分立霍尔器件相比,采用互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)技术制造的霍尔器件传感性能较差[2]。由于磁传感器能和信号调节电路集成于同一基板中,因此,能够实现偏移减小、温度稳定和非线性校正等功能[3,4]。CMOS霍尔传感器通常由4个触点的掺杂硅构成,其中2个用于偏压,2个用于传感。

CMOS霍尔效应器件性能受限于低磁分辨率、低灵敏度和高输出失调电压。使用集成磁浓缩器可提高磁分辨率和灵敏度,而降低偏移量的标准解决方案是旋转电流法[5]。旋转电流周期性地切换偏置和传感触点,导致传感器内部载流子的重新排列,这需要时间使传感触点上的电压从偏置电压稳定到共模电压加上霍尔电压[6]。这种稳定时间决定了最大旋转频率的上限,限制了霍尔器件的应用。

目前,对低成本高带宽隔离电流传感器性能要求较高。电流传感器可以将开关电源中的电流大小作为电压信号反馈给开关电源控制器,可以调节输入脉冲占空比和电源保护[7]。而霍尔电流传感器更能降低电流检测产生的功耗,提高开关电源的转换效率[8]。因此,霍尔电流传感器广泛应用于开关电源系统中,表明电流传感器至少可以达到直流1 MHz带宽[9,10]。……