隧穿式磁阻传感器接口asic芯片设计

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1、硕士学位论文隧穿式磁阻传感器接口ASIC芯片设计INTERFACEASICDESIGNFORTMR-EFFECT-BASEDMAGNETICSENSORS张文博哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TN492学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工程硕士学位论文隧穿式磁阻传感器接口ASIC芯片设计硕士研究生：张文博导师：王非副教授申请学位：工程硕士学科：集成电路工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TN492U.D.C:621.38Dissertationfort

2、heMaster’sDegreeofEngineeringINTERFACEASICDESIGNFORTMR-EFFECT-BASEDMAGNETICSENSORSCandidate：ZhangWenboSupervisor：AssociateProf.WangFeiAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-

3、Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要磁传感器是传感器领域的一个重要分支，它对磁信号或与磁相关的物理量进行检测并将其转变为电学信号。磁传感器种类繁多，其中，隧穿式磁阻（TMR）传感器集高灵敏度和宽动态范围的优点于一身，具有无可比拟的优势。然而，TMR传感器输出的信号幅度微小并多处于低频段。而普通的检测电路失调电压大、低频噪声大，无法胜任TMR传感器信号的检测工作。因此针对TMR传感器设计专用的接口电路具有重要意义。本文所设计的TMR传感器接口电路主要由专用仪表放大器、高阶补偿带

4、隙基准电压源、-调制器三部分组成。专用仪表放大器用于接收TMR传感器输出的微弱信号，需要针对性的进行低噪声、低失调、低失真设计。本文分析了电路噪声及失调的产生原因并采用斩波技术减小电路闪烁噪声和直流失调影响；分析并设计纹波抑制回路抑制电路输出纹波；采用增益自举技术降低失真；采用AB类输出提高电路驱动能力。仿真表明，所设计的仪表放大器等效输入噪声电压密度为16.17nV/sqrt(Hz)，转角频率为1.89mHz，闭环增益为40dB时带宽为50kHz（负载电容50pF），谐波失真为0.0017%，静态电流仅为277μA，并可抑制15mV以内失调电压产生的纹波。高阶补偿带隙基准电

5、压源用于为TMR传感器接口电路系统提供稳定基准电压，需要具有低温漂和低输出噪声等优点。本文分析了高阶补偿原理，并采用斩波技术降低带隙基准电压源的输出噪声。仿真表明，所设计的高阶补偿带隙基准电压源温漂系数为1.957ppm/℃，输出电压噪声密度为956.6nV/sqrt(Hz)@1Hz，静态电流为82.1μA。-调制器是-模数转换器的关键部分，决定着转换器的精度，因此设计高精度低失真-调制器对提升TMR传感器接口电路性能具有重要意义。本文对-调制器的稳定性和噪声特性进行了分析，并对-调制器进行了系统级的建模和电路级的实现。仿真结果表明，所设计的-调制器噪声密

6、度约为-145dB/sqrt(Hz)，信号带宽大于50kHz。最后本文对隧穿式磁阻传感器接口电路进行整体仿真，仿真结果表明，接口电路总噪声密度约为-120dB/sqrt(Hz)，满足高精度要求。关键字：隧穿式磁阻传感器；仪表放大器；带隙基准电压源；低噪声；-调制器-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractMagneticsensorisanimportantbranchofsensors.Magneticsensordetectsmagneticsignalsorthephysicalquantitiesrelatedtomagnetismandtransf

7、ormthemintoelectricalsignals.Therearemanykindsofmagneticsensorsandtunnelingmagneticresistancesensor(TMR)isoneofthem.Comparedwithothermagneticsensors,TMRsensorhasbothadvantagesinhighsensitivityandwidedynamicrange.However,theoutputsignalofTMRse