霍尔传感器读出电路的低噪声运算放大器设计

发布时间：2019-08-27 13:03

【摘要】：近些年来,随着物联网的快速发展,带动了从芯片、传感器、无线模组、网络运营到平台服务、软件开发和智能设备整条产业链的强势崛起。作为物联网发展基础的传感器技术,已经逐渐渗透到人们生活的各个领域。其中,霍尔传感器以其体积小、敏锐度高、抗磁扰能力强等优点成功成为全球排名第三的传感器产品,在国内外具有良好的市场前景。在这种背景下,基于霍尔传感器的广泛应用,其感知信号的处理成为了关键问题,为此本文对霍尔传感器的后期处理电路进行了研究。霍尔传感器读出电路主要包含低噪声放大器和ADC,本文着重研究读出电路的前端设计——低噪声放大器。前端放大器的设计是读出电路的关键部分,它的特性直接决定了读出电路的最终结果。随着MOSFET器件尺寸减小和幅度降低,电路的低频噪声特性变得越来越严重,而霍尔传感器主要工作在低频范围,受低频噪声的影响较大。因此,为了降低噪声参数,本设计加入了斩波技术,在新结构中,设计的CMOS开关斩波器能有效降低低频噪声,且能减少沟道电荷注入效应对系统的影响;其次,设计了以PMOS管为差分输入的两级全差分结构,可以抑制共模噪声;最后,为保证稳定的差分输出共模电平,设计了单级差分共模反馈电路,降低了功耗,也进一步抑制了噪声,同时为改变增益和增加带载能力,电路中增加了四个增益开关和缓冲器。版图设计采用全定制方式,不断对版图布局进行优化,减小芯片面积和功耗。本设计采用SMIC0.18umCMOS工艺,基于Cadence仿真平台,其仿真结果为:在3.3V电源电压下,等效输入噪声为22.41nV/sqrt(Hz)@100Hz(传统低噪声运放等效输入噪声为399.6nV/sqrt(Hz)@100Hz),运放芯片面积为0.47×0.52mm2,整体读出电路芯片面积为1.1×1.5mm2。加入斩波技术后,大大削弱了 1/f噪声,适用于霍尔传感器检测电路中。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN722.77

【参考文献】

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本文编号：2529784