三端式磁通门传感器接口ASIC设计

摘要

磁通门传感器作为一种主要用于微弱磁场测量的固态传感器件，被广泛应用于航天、航海、地质勘探等领域。磁通门系统的微型化、集成化、低功耗是目前磁通门技术的发展趋势，这对其进入消费电子领域，扩大磁通门传感器在全球弱磁测量传感器的市场份额有着十分重要的意义。
　　本文在分析三端式磁通门传感器工作原理基础上，针对双芯结构磁通门传感器体积较大、稳定性差等不足之处，基于二次谐波法，设计了三端式磁通门传感器接口电路。接口电路包括驱动电路和检测电路：驱动电路采用外接晶振和分频电路得到10kHz的驱动脉冲信号与20kHz的相敏解调开关控制信号，利用比较器升压电路与CMOS开关网络得到同步反向的脉冲驱动信号驱动三端式磁通门探头工作在周期性过饱和状态；检测电路包括带通滤波器、相敏解调电路以及积分电路。针对三端式磁通门探头建立了SPICE电学模型以提高磁通门电路的驱动效率；检测电路采用改进的低噪声运算放大器提高磁通门信号的信噪比，降低系统噪声；相敏解调电路部分采用全差分式控制开关降低CMOS开关导通电阻对相敏解调信号放大倍数的影响，提高相敏解调效率。本文详细分析了版图设计中的一些非理想效应，并采取具体的解决方案和优化措施，按照模拟电路版图设计规则和工艺参数实现版图设计。本设计基于0.5μm N阱2p2m工艺MOS模型进行仿真，并投片加工。芯片测试结果如下：0-10V供电条件下，灵敏度30.8μV/nT，非线性误差小于0.62％，功耗100mW，接口电路面积仅为2×2.1mm2。

目录

三端式磁通门传感器接口ASIC设计

DESIGN OF THE INTERFACE ASICFOR THREE TIPS FLUXGATE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1引言

1.2磁通门传感器国内外研究状况概述

1.3本课题研究的目的与意义

1.4本课题研究的内容

第2章 三端式磁通门传感器工作原理

2.1变压器效应与磁通门现象

2.2磁通门探头特性分析

2.3三端式磁通门数学建模

2.4三端式磁通门输出信号的变换

2.5本章小结

第3章 三端式磁通门传感器接口电路设计

3.1三端式磁通门传感器系统结构

3.2驱动电路设计

3.3检测电路设计

3.4偏置电流(电压)源

3.5整体电路模拟结果

3.6本章小结

第4章 三端式磁通门接口电路版图设计与测试

4.1版图设计中的非理想效应与解决办法

4.2三端式磁通门传感器接口电路版图

4.3三端式磁通门传感器接口电路测试结果

4.4本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢