摘要: 标准CMOS工艺制造的霍尔传感器因具有成本低、抗干扰能力强、集成度高等众多优点而成为研究热点。然而，相比双极和其他特殊工艺，CMOS工艺制造的霍尔器件磁场灵敏度低，失调严重，垂直型霍尔器件表现尤为明显。因此，CMOS工艺下高性能垂直型霍尔传感... 展开 标准CMOS工艺制造的霍尔传感器因具有成本低、抗干扰能力强、集成度高等众多优点而成为研究热点。然而，相比双极和其他特殊工艺，CMOS工艺制造的霍尔器件磁场灵敏度低，失调严重，垂直型霍尔器件表现尤为明显。因此，CMOS工艺下高性能垂直型霍尔传感器的研究成为当下研究人员的重要任务。本文针对垂直型霍尔器件的优化和失调消除方法开展了深入的研究，主要以下开展了以下工作： 第一，优化垂直型霍尔器件提高器件的灵敏度，减小霍尔失调。在0.8μm高压 CMOS工艺下通过 Silvaco仿真工具优化的垂直型霍尔器件电流灵敏度高达92V/(AT)，电压灵敏度0.042V/(VT)，初始失调仅仅为几十 mV。第二，为了实现霍尔失调消除电路的混合仿真，为六孔垂直型霍尔器件建立了 PSPICE仿真模型，该模型考虑了器件的温度效应和结场效应，因此能够准确的模拟霍尔器件的基本行为，仿真结果表明其误差低于5%；第三，设计了一种新颖的基于四相旋转电流法消除霍尔失调电路。该技术不仅能够消除由工艺偏差、温度漂移和浓度梯度等引起的线性失调，而且能够消除由结场效应和机械应力等引起的非线性失调，从而使残余失调更小。 本文实现了全集成垂直型霍尔芯片的设计，在0.8μm CMOS工艺下完成了电路和版图设计，并进行了前仿和后仿。结果表明，在5V电源电压下，本芯片能够有效消除失调电压并线性放大霍尔信号，其剩余失调低至0.2 mT，线性度为99.9%。与在同一工艺下二相旋转电流技术相比，剩余失调更小。 收起