Подключение датчик холла схема: Как работает датчик Холла, где применяется в автомобиле, как подключить и проверить датчик Холла. Как проверить и подключить датчик Холла. Проверка и подключение датчика Холла.

Содержание

Датчик Холла | Электротехническая Компания Меандр

СНЯТО С ПРОИЗВОДСТВА АНАЛОГОВ НЕТ

ВИКО-Х-102-М8

 

  • Диаметр корпуса 8мм

  • Диапазон питающего напряжения DC5…24В

  • Рабочая зона  0…10мм

  • Высокая частота переключения 320кГц

  • Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

  • Защита от переполюсовки питающего напряжения

  • Большой ресурс срабатываний

  • МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

 

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

 Бесконтактный датчик ВИКО-Х-102-М8 (далее датчик) предназначен для работы в составе устройств индикации оборотов валов с высокой скоростью вращения, объектов сложной формы из ферромагнитных материалов (зубчатых колёс), в качестве датчика скорости для двигателей с возбуждением на постоянных магнитах.

Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя в системах автоматических приводов.
 

РАБОТА ДАТЧИКА

 Принцип работы датчика основан на эффекте Холла — изменение характеристик чувствительного элемента при воздействии внешнего магнитного поля.
 При увеличении внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение коммутационного состояния выключателя. Дальнейшее увеличение магнитного поля не влияет на состояние выключателя. При уменьшении напряжённости магнитного поля происходит обратный процесс и выключатель возвращается в исходное состояние.

 При входе в чувствительную зону объекта из ферромагнитного материала, уменьшается напряжённость внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика. Дальнейшее уменьшение  напряжённости магнитного поля не влияет на состояние выхода. При удалении объекта из чувствительной зоны, напряжённость магнитного поля возрастает и происходит обратный процесс – выключатель возвращается в исходное состояние.

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр

Ед.изм.

Значение

Тип исполнения по принципу действия

 

Эффект Холла

 

Напряжение питания

В

DC5…24

Напряженность магнитного поля

мТ

22

Номинальный ток нагрузки

мА

200

Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более

В

1,5

Ток потребления, не более

мА

8

Расстояние воздействия, Sn

мм

0. ..10

Максимальная частота переключения

кГц

320

Регулировка чувствительности

 

нет

Степень защиты датчика

 

IP67

Схема подключения

 

трёхпроводная

Способ подключения

 

кабель 3×0,2 мм2  — 2м

Температура окружающей среды

0C

-25…+70

Материал корпуса

 

Латунь (ХРОМ)

Масса, не более

кг

0,1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

 

Серия ВИКО-Х

М

А

Б

В

Г

Д

Е

ВИКО-Х-102-М8

8х1

35

28

2,5

7

12

 

ТУ 4218-004-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

 

Наименование

Заказной код

(артикул)

Файл для скачивания

(паспорт)

Дата файла

ВИКО-Х-102-М8

4640016932979

13. 04.2015

 

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Сущность эффекта, открытого в 1879 г. американским физиком Э. Холлом, заключается в появлении разности потенциалов между гранями полупроводниковой пластины, через которую протекает ток и на которую воздействует перпендикулярное магнитное поле. Разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока и квадрату магнитной индукции.

Эффект Холла широко применяется в бесконтактных датчиках тока. Другое направление — датчики перемещения, в которых элемент Холла крепится к неподвижному шасси, а собственно магнит находится на движущейся части исследуемого объекта. Поскольку выходной сигнал датчика Холла пропорционален индукции магнитного поля, а не скорости его изменения, это даёт серьёзное преимущество в точности по сравнению с аналогичными по назначению индуктивными датчиками.

Магниточувствительные элементы, использующие эффект Холла, обычно называют «датчиками Холла» (англ. «Hall Sensor»). Различают простые и интегральные датчики Холла. В последних кроме полупроводниковой пластины содержится встроенный усилитель-формирователь. Типовые параметры интегральных датчиков Холла: напряжение питания 2.5…5 В или 4.5… 18 В, ток потребления 8…20 мА, минимальная регистрируемая магнитная индукция 2… 10 мТл, выходной сигнал — аналоговый (модулированное по амплитуде напряжение) или цифровой (открытый коллектор, КМОП-элемент, импульсы ШИМ).

На Рис. 3.74 а…м показаны схемы подключения датчиков Холла к МК.

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК {начало):

а)        датчик Холла DAI имеет выход с открытым коллектором и встроенную схему защиты от замыкания на шину питания. Микросхема УР1101ХП29 реагирует на магнитное поле положительной полярности, УР1101ХП49 — на поле положительной и отрицательной полярности с триггерным эффектом запоминания;

б)       диод VD1 защищает вход МК от случайной подачи высокого положительного напряжения. Конденсатор С J снижает помехи, поступающие от датчика Холла по длинным проводам;

в)        включение/выключение датчика Холла DAI по сигналам с выхода МК. Датчик реагирует на магнитное поле как положительного, так и отрицательного направления. Замена микросхемы /)/!/- К1116КП2;

 

 

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК {продолжение):

г) датчик Холла ?14/ (фирма Ampson Technology) имеет два противофазных выхода. Прямой сигнал поступает на МК, а инверсный — на внешнее исполнительное устройство через выход с открытым коллектором;

д) для усиления сигнала с датчика Холла ?14/ (фирма Allegro MicroSystems) используется ОУ DA2. Резистором RI выставляется начальное напряжение на входе МК, близкое к половине питания. Резистором /?J регулируется усиление/чувствительность;

е) датчик оборотов двигателя бормашины, выполненный на специализированной бескорпусной микросборке DAI, содержащей на подложке датчик Холла. На ОУ DA2 собран двухка- скадный усилитель напряжения (регулируется резистором RW), Резистор /?/ балансирует мостовую схему, находящуюся внутри DAI, что необходимо для начальной калибровки показаний;

ж)  подключение датчика Холла DA / (фирма Allegro MicroSystems) к М К через малошумящий ОУ DA2,1 и двухзвенный ФНЧ {R5, С1, R6, С2).

Резистором R4 выставляется усиление;

 

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к ЫК {окончание):

з) микросхема DA! (фирма Melexis) — это интеллектуальный датчик магнитного поля с внутренним DSP и со своей системой команд. По-другому микросхему DA! называют «цифровым датчиком Холла». Трёхпроводной интерфейс связи напоминает SPI, но вместо двух отдельных линий MISO и MOSI сделана одна совмещённая линия MISO-MOSI;

w) DA1 — это микросхема датчика Холла, щироко применявщаяся ранее в компьютерных клавиатурах;

к) аналоговый компаратор на микросхеме DA1 (фирма Maxim Integrated Products) обеспечивает крутые фронты сигнала на входе МК. Порог срабатывания определяется делителем /?/, R3\ л) DA! — это микросхема датчика Холла, «изъятая» из компьютерного вентилятора; м) экономичный ОУ на микросхеме Z)/42 (фирма Telefunken) усиливает сигнал сдатчика Холла DAL Транзистор VT1 служит ключом и формирует на выходе прямоугольные импульсы.

Модуль на основе датчика Холла

Датчики Холла применяются в основном там, где другие способы измерения являются ненадежными. В этом возникает необходимость при эксплуатации датчиков в загрязненных условиях, при которых использование оптических или механических контактных датчиков невозможно.

Датчик Холла очень быстрый и надежный датчик — его можно переключать сотни раз в секунду, и из-за бесконтактного метода измерения его срок службы достаточно большой.

Датчики Холла используются для измерения скорости вращения двигателей, колес, в двигателях для контроля положения коленчатого вала, для определения положения поршней в цилиндрах двигателя внутреннего загорания, а также для определения положения педалей манипуляторов, линейных приводов станков с ЧПУ, 3D-принтеров и т.д.

В робототехнике датчики Холла используются в виде интегральных модулей. Они используются для непосредственного определения присутствия магнитных объектов или для измерения расстояния до них.

Для лучшего понимания конструкции и работы датчика Холла стоит проанализировать блок-схему, показанную на рисунке 1. В состав схемы входят датчик Холла, дифференциальный усилитель и триггер Шмитта.

Встроенный стабилизатор напряжения обеспечивает питание отдельных функциональных блоков. Магнитное поле, перпендикулярное поверхности интегральной схемы, индуцирует напряжение в датчике Холла. Это напряжение усиливается и поступает на триггер Шмитта, активируя выход с открытым коллектором.

Принципиальная схема модуля магнитного концевого выключателя показана на рисунке 2. Основным элементом является униполярный цифровой датчик Холла US1 (TLE4905L, SS443A).

Силиконовый коврик для пайки

Размер 55 х 38 см, вес 800 гр….

Сигнал от датчика проходит через транзисторы VT1 и VT2 и поступает на выходы X1 и X2, на которых доступны логические уровни «0» и «1». Эти сигналы можно использовать в различных системах управления, например, совместно с Arduino.

К этим выходам можно подключить электромагнитное реле или иную нагрузку с максимальным током не более 100 мА. Светодиод HL1 является индикатором наличия магнитного поля в зоне действия датчика.

Вся схема собрана на двухсторонней печатной плате с размерами 35мм х 30мм. Рисунок печатной платы показан на следующем рисунке.

Скачать рисунок печатной платы (10,3 KiB, скачано: 852)

датчики Холла

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

 Бесконтактный датчик ВИКО-Х-102-М8 (далее датчик) предназначен для работы в составе устройств индикации оборотов валов с высокой скоростью вращения, объектов сложной формы из ферромагнитных материалов (зубчатых колёс), в качестве датчика скорости для двигателей с возбуждением на постоянных магнитах. Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя в системах автоматических приводов.

  • Диаметр корпуса 8мм

  • Диапазон питающего напряжения DC5. ..24В

  • Рабочая зона  0…10мм

  • Высокая частота переключения 320кГц

  • Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

  • Защита от переполюсовки питающего напряжения

  • Большой ресурс срабатываний

  • МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

РАБОТА ДАТЧИКА

 Принцип работы датчика основан на эффекте Холла — изменение характеристик чувствительного элемента при воздействии внешнего магнитного поля.
 При увеличении внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение коммутационного состояния выключателя. Дальнейшее увеличение магнитного поля не влияет на состояние выключателя. При уменьшении напряжённости магнитного поля происходит обратный процесс и выключатель возвращается в исходное состояние.
 При входе в чувствительную зону объекта из ферромагнитного материала, уменьшается напряжённость внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика. Дальнейшее уменьшение  напряжённости магнитного поля не влияет на состояние выхода. При удалении объекта из чувствительной зоны, напряжённость магнитного поля возрастает и происходит обратный процесс – выключатель возвращается в исходное состояние.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр

Ед.изм.

Значение

Тип исполнения по принципу действия

 

Эффект Холла

 

Напряжение питания

В

DC5…24

Напряженность магнитного поля

мТ

22

Номинальный ток нагрузки

мА

200

Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более

В

1,5

Ток потребления, не более

мА

8

Расстояние воздействия, Sn

мм

0. ..10

Максимальная частота переключения

кГц

320

Регулировка чувствительности

 

нет

Степень защиты датчика

 

IP67

Схема подключения

 

трёхпроводная

Способ подключения

 

кабель 3×0,2 мм2  — 2м

Температура окружающей среды

0C

-25…+70

Материал корпуса

 

Латунь (ХРОМ)

Масса, не более

кг

0,1

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

Серия ВИКО-Х

М

А

Б

В

Г

Д

Е

ВИКО-Х-102-М8

8х1

35

28

2,5

7

12

Радиосхемы.

— Датчик Холла SS526DT

материалы в категории

Датчик Холла SS526DT

Импульсный датчик скорости и направления вращения преобразует скорость и направление вращения деталей механизма в один электрический сигнал для последующего измерения и индикации параметров работы. Системы автоматического управления могут использовать датчик для включения в петлю обратной связи.

Информация, поступающая от датчика, необходима для формирования управляющих сигналов в системах регулирования и стабилизации параметров перемещения механических узлов автоматизированного объекта. Применения такого датчика требует контроль оборотов выходных валов редукторов, определение направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости и многие другие приборы. Датчик использует всего три провода, с помощью которых подается питание и передается сигнал частоты и направления вращения в прибор системы автоматического управления. Датчик предназначен для применения в системах автоматизации поточных линий, транспортных системах и в других системах автоматического управления.

Технические характеристики микросхемы SS526DT

Измеряемая скорость вращения ….. 0,3…3000 об/мин
Температура эксплуатации ………… –25…+60 °С
Напряжение питания ……………….6,5…18 Вольт

Краткое описание работы датчика Холла

В основе работы датчика лежит преобразование перемещения в электрический сигнал которое выполняет компонент использующий эффект Холла – микросхема SS526DT производства компании Honeywell.

Микросхема содержит два полупроводниковых элемента, генерирующих разность потенциалов при воздействии магнитного поля. Она позволяет определить скорость и направление вращения. Информация об этих параметрах поступает от микросхемы SS526DT в схему датчика с двух соответствующих выходов в цифровом виде: скорости движения соответствует частота импульсов с выхода Speed (далее Скорость), направлению соответствует логический уровень на выходе Direction (далее Направление).

Конструкция датчика скорости и направления оборотов

Вращательное перемещение воспринимает вал датчика через закрепленную на нем шестерню. На валу расположен диск, в котором установлены постоянные магниты. Применение неодимовых магнитов (самых сильных постоянных магнитов) позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Свойство неодимовых магнитов при малых габаритах создавать магнитное поле достаточной напряженности делает их оптимальными для применения в этой конструкции. Установлены магниты таким образом, что полюса магнитов чередуются, что необходимо для работы микросхемы SS526DT. Внутренняя схема SS526DT, имеющая в своем составе триггер, определяет направление движения благодаря смене полярности магнитного поля, которое создается постоянными магнитами. Чем больше магнитов установлено на диске, тем выше дискретность и, следовательно, увеличивается возможность регистрации медленных перемещений, т.е. чувствительность датчика становится выше. Микросхема SS526DT устанавливается на небольшой печатной плате, соединенной проводами с основной схемой датчика, элементы которой расположены на второй печатной плате большего размера. Перемещение полюсов магнитов происходит вдоль корпуса микросхемы SS526DT. Все элементы заключены в металлический защитный экранирующий кожух.

Схема электрическая принципиальная

С выхода датчика скорости и направления поступает сигнал, передающий информацию о скорости оборотов с помощью частоты импульсов, а информация о направлении вращения передается с помощью полярности импульсов.

Выходной сигнал:

Благодаря наличию в схеме датчика источника двуполярного напряжения питания выходной сигнал размахом 5 вольт может иметь отрицательную или положительную полярность.

Функциональная схема датчика скорости и направления оборотов:

Электрическая схема преобразует сигнал от датчика Холла в выходной сигнал датчика скорости и направления вращения, обеспечивая достаточную нагрузочную способность по току. Для минимизации помех, воздействующих на кабель импульсного датчика, сопротивление приёмника сигнала должно быть небольшим. Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Питание датчика подается по двум проводам. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Датчик Холла формирует сигнал, несущий информацию о направлении вращения, который управляет переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала переключатель К1 подает на переключатель К2 положительное или отрицательное напряжение. Сигнал скорости датчика Холла управляет переключателем К2. Частота сигнала Скорость, сформированного переключателем К2, соответствует половине количества магнитов, размещенных на диске датчика скорости и направления вращения.

Упрощенная схема включения датчика Холла

Логические элементы усиливают сигнал Направление, поступающий от датчика Холла. Логические элементы управляют светодиодами оптронов, один из которых работает на замыкание, а другой на размыкание. При низком логическом уровне сигнала Направление светодиоды оптронов не светятся. Также замкнуты контакты оптрона работающего на размыкание, на контакты оптрона сигнала Скорость подано напряжение + 5 вольт от встроенного двухполярного импульсного источника питания. При высоком логическом уровне сигнала Направление через светодиоды оптронов, управляющих полярностью выходного сигнала датчика скорости и направления вращения, проходит ток, положение контактов оптронов таково, что выходной оптрон подключается к напряжению минус 5 вольт. Сигнал Скорость через усиливающий логический элемент поступает на управление выходным оптроном. Под действием сигнала скорость с выхода датчика поступают импульсы, полярность которых задана сигналом Направление. Применение оптрона на выходе датчика позволяет увеличить нагрузочную способность, что дает возможность передавать сигнал увеличенным током для повышения помехоустойчивости.

На входе принимающего устройства сигнал дешифруется перед измерением частоты. С помощью сдвоенного оптрона в принимающем приборе сигнал, несущий информацию о скорости вращательного перемещения направляется на один из проводов, соответствующий направлению перемещения. Провода “Скорость вращения по часовой” и “Скорость вращения против часовой” подключаются к частотоизмерительным контурам схемы принимающего прибора. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения. При включении светодиодов как указано на схеме работать будет только один оптрон в зависимости от полярности импульсов входящего сигнала Скорость/направление. Для увеличения помехозащищенности параллельно светодиодам можно подключить резисторы, увеличивающие ток, протекающий по проводу “Скорость/направление”.

Электрическая схема датчика скорости и направления оборотов

Рассмотренный порядок работы реализован в электрической схеме датчика скорости и направления вращения. Сигнал Направление поступает с выхода D микросхемы, использующей эффект Холла, DA2. Высокий логический уровень сигнала Направление преобразуется инвертором, входящим в состав микросхемы DD1, в низкий на выводе 12. Светодиод оптрона VK1.2 получает возможность работать при появлении высокого логического уровня на выводе 10 микросхемы DD1. Одновременно с этим запрещается работа светодиода оптрона VK1.1, так как на анод светодиода подано напряжение низкого логического уровня. Таким образом, благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом как изображено на схеме сигнал Направление устанавливает, через какой из оптронов будет проходить сигнал, поступающий с вывода 10 микросхемы DD1. Сигнал скорости оборотов поступает с выхода S микросхемы DA2 на вход инвертора микросхемы DD1. Высокий уровень импульсов, поступающих с вывода 10 микросхемы DD1, заставляет течь ток через резистор R4 и светодиод оптрона VK1.2. Функции оптронов разделяются следующим образом: оптрон VK1.1 формирует сигнал положительной полярности на контакте 3 клеммы XT1, оптрон VK1. 2 – отрицательной. В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Конденсаторы, входящие в схему датчика, сглаживают помехи, уменьшая их влияние на формирование выходного сигнала. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика. Их номинал может быть переопределен в зависимости от входной цепи приёмника для их согласования. Схема использует один сдвоенный оптрон VK1, что позволяет сократить площадь печатной платы и сформировать сигналы Скорость и Направление вращения, используя один компонент.

Радиодетали в схеме

Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Диапазон изменения напряжения питания, при котором способен работать датчик скорости и направления вращения обуславливает преобразователь напряжения DA1. Верхний предел измерения скорости вращения зависит от быстродействия оптрона VK1. Применение конденсаторов с наименьшим тангенсом угла потерь сочетание конденсаторов с различными типами диэлектрика использование последних разработок в области конденсаторов позволяет добиться наиболее высоких результатов. При чрезмерном увеличении емкости существует опасность “перегрузить” преобразователь напряжения DA1, что приведет к срабатыванию защиты по току в момент подачи питания и схема “не будет подавать признаков жизни”. При выборе типа оптореле VK1 оценивается его быстродействие и частота импульсов, поступающих на вход оптореле. Правильный выбор VK1 позволит уменьшить стоимость датчика. Микросхема DD1 выполняет функцию простейшего усилителя по току и может быть заменена другой микросхемой. Клемма XT1 предназначенная для монтажа на печатную плату, может быть заменена на другой элемент разъемного соединения.

C1…C3 Конденсатор EMR 47 мкФ 50 В ф. Hitano

C4…C6 Конденсатор SMD 0805 2,2 мкФ 16 В

DA1 Преобразователь напряжения TMR 3-1221WI ф. Traco power

DA2 Микросхема SS526DT ф. Honeywell

DD1 Микросхема КР1533ЛН1

R1, R2 Резистор 300 Ом ±5%

R3, R4 Резистор 180 Ом ±5%

VK1 Оптореле 249КП10АР

ХТ1 Клемма LMI 107 203 51

Модифицирование импульсного датчика в зависимости от скорости вращения

Для различных применений требуется измерять различные диапазоны изменения скорости вращения, меняются требования к скорости определения смены направления вращения. Возможно применение датчика для скоростей 1 оборот в минуту и менее. При таких скоростях нужно увеличивать количество магнитов на диске, применять магниты с наименьшими габаритами и уменьшать зазор между микросхемой DA2 и плоскостью диска. Если скорости 5000 и более оборотов в минуту количество магнитов можно уменьшить. При этом наибольшая измеряемая скорость ограничена только конструктивными особенностями датчика. При уменьшении количества магнитов уменьшаются требования к наивысшей рабочей частоте компонентов схемы.

Источник: http://mikrocxema.ru/

Аналоговый магнитный датчик Холла Arduino

Описание

Аналоговый магнитный датчик Холла (рисунок 1), входящий в состав ARDUINO SENSOR KIT, предназначен для определения присутствие поля постоянного магнита или магнитного поля катушки проволоки, подключенной к постоянному току (фиксирует наличие постоянного магнитного поля). Воспринимающим элементом данного модуля является датчик Холла. Датчик срабатывает при поднесении постоянного магнита и реагирует только на один полюс магнита. Определить полюс магнита, на который реагирует датчик, следует экспериментально (для данного датчика, как правило, это северный полюс магнита). При наличии рядом постоянного магнита электроны в пластине датчика, с протекающим через неё током, будут отклоняться в направлении, перпендикулярном направлению тока (в какую именно сторону будут отклоняться электроны, зависит от полярности магнитного поля). В результате на выходе датчика появляется сигнал. Различная плотность электронов на сторонах пластины создаёт разность потенциалов, которую можно усилить и измерить.

Рисунок 1 — Аналоговый магнитный датчик Холла Arduino.

Аналоговый магнитный датчик Холла состоит из платы, на которой смонтированы 3 порта подключения к плате Arduino и датчик Холла. Данный модуль может отправлять аналоговый сигнал. Аналоговый выход преобразует индукцию магнитного поля в напряжение, знак и величина которого будут зависеть от полярности и силы поля. Технические характеристики аналогового магнитного датчика Холла представлены в таблице.

Таблица – Технические характеристики аналогового магнитного датчика Холла.

ПараметрЗначение
Номинальное рабочее напряжение5 В
Рабочая температураот -40 °C до +100 °C
Габаритные размеры32 мм x 15 мм x 12 мм
Подключение аналогового магнитного датчика Холла

Распиновка аналогового магнитного датчика Холла представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Распиновка аналогового магнитного датчика Холла Arduino.

Для его подключения потребуются:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • провода типа «папа-мама»;
  • аналоговый магнитный датчика Холла;
  • USB кабель для подключения платы Arduino к персональному компьютеру с установленной средой Arduino IDE.

Схема подключения аналогового магнитного датчика Холла к плате Arduino представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Подключение аналогового магнитного датчика Холла к Arduino UNO.

Схемы подключения аналогового магнитного датчика Холла к микроконтроллерам Arduino Uno, Arduino Nano или Arduino Mega принципиально ничем не отличаются.
Подключается аналоговый магнитный датчик Холла к Arduino Uno следующим образом:

  • GND — GND;
  • VCC — 5V;
  • In — любой аналоговый порт (на схеме – А0).

После сборки электрической схемы, необходимо загрузить управляющую программу (скетч) в микроконтроллер. Затем можно открыть монитор порта и понаблюдать за получаемыми аналоговым магнитным датчиком Холла значениями.

Применение

Аналоговый магнитный датчика Холла используется в автоматике, электромеханике для определения параметров движения деталей механизмов (например, применяется для определения скорости вращения различных деталей механизмов). Кроме того, его можно использовать вместо модуля с герконом, так как благодаря отсутствию подвижных элементов данный датчик обладает большей долговечностью. Аналоговый магнитный датчика Холла так же может использоваться в приборах бытового, развлекательного назначения и учебного (например, при применении как наглядного пособия для ознакомления с эффектом Холла).

Магнитные датчики KIPPRIBOR серии LM

Прайс-лист

Магнитные датчики KIPPRIBOR серии LM контролируют промежуточные и конечные положения поршня пневматического цилиндра.
Датчик формирует дискретный сигнал о положении поршня, что позволяет автоматизировать оборудование, на котором установлен пневмоцилиндр.


Датчики KIPPRIBOR серии LM применяют при автоматизации станков в машиностроении, пищевой и деревообрабатывающей промышленности, а также в оборудовании для производства пластиковых окон.


Датчики KIPPRIBOR серии LM подходят для пневмоцилиндров Festo, KIPVALVE, SMC, Camozzi, Pneumax.

Особенности магнитных датчиков KIPPRIBOR LM:

  • Совместимы с тремя типами цилиндров: с круглой гильзой, со стяжными шпильками или с Т-образным пазом;
  • Типовые разъёмы М8 и EZ3 магнитных датчиков KIPPRIBOR обеспечивают лёгкую замену и безошибочное подключение;
  • Соединители и монтажные наборы KIPPRIBOR значительно упрощают монтаж и подключение датчиков;
  • Прочный износостойкий корпус с винтовым зажимом обеспечивает надежную фиксацию датчиков даже на вибронагруженном оборудовании;
  • Маслостойкие материалы корпуса и кабеля, высокая допустимая температура эксплуатации, корпус со степенью защиты IP67 позволяют использовать датчики в тяжелых промышленных условиях;
  • Яркий дизайн и светодиодная индикация облегчают визуальный контроль за датчиком в процессе эксплуатации и настройки

Характеристики магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM:

Параметр Значение параметра
Модификация LM50-34. R1.U6.K LM50-34.R1.U1.K

LM50-34.I1.U1.K;

LM50-34.I1.U1.K08;

LM50-34.I1.U1.KZ3

Тип датчика герконовый герконовый  магниторезистивный (датчик Холла)
Коммутационная функция NO (2-х проводное подключение) NO (3-х проводное подключение) NO (3-х проводное подключение)
Коммутационный элемент геркон геркон транзистор (PNP/NPN автоопределение)
Номинальное напряжение 12…240 VDC / 24…240 VAC 10…30 VDC 10…30 VDC
Коммутируемый ток (max) 100 мА 500 мА 100 мА
Максимальная отключаемая нагрузка (max) 10 Вт 10 Вт 3 Вт
Потребляемый ток (max)  — 10 мА, при 24В 7,5 мА, при 24В
Падение напряжения на датчике 2,5 В, при токе 100 мА DC  0,1 В, при токе 500 мА DC 1 В, при токе 100 мА DC
Ток утечки (max)  —  — 0,01 мА
Индикация красный светодиод*  желтый светодиод красный светодиод
Кабель  ∅2,9 мм, 2 жилы, маслостойкая изоляция ∅2,9 мм, 3 жилы, маслостойкая изоляция ∅2,9 мм, 3 жилы, маслостойкая изоляция
Чувствительность 35. ..45 Гс 35…45 Гс 40…800 Гс
Частота срабатывания 200 Гц 200 Гц 5000 Гц
Температура эксплуатации –10…70°C –10…70°C –10…70°C
Стойкость к ударной нагрузке 30 g 30 g 50 g
Стойкой к вибрационной нагрузке 9 g 9 g 9 g
Класс защиты IP67  IP67  IP67
Встроенная электрическая защита  — От тока обратной полярности, от перенапряжения
Подключение кабельный вывод 2,5м кабельный вывод 2,5м

кабельный вывод 2,5 м,

разъём М8,

разъём EZ3


Принцип действия магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM

Принцип работы герконовых и магниторезистивных датчиков одинаков. На поршне цилиндра установлено магнитное кольцо. В момент приближения поршня с магнитным
кольцом к датчику, чувствительный элемент реагирует на магнитное поле и выход датчика замыкается. Одновременно с замыканием выхода включается светодиод, сигнализируя о срабатывании датчика.

Каждый тип датчиков имеет свои достоинства и недостатки друг относительно друга.

Для герконовых датчиков: Для магниторезистивных:

+ Выше отключаемая мощность
+ Есть датчики с универсальным питанием (AC/DC)
+ Широкий диапазон коммутируемого напряжения (до 240 В)
+ Отсутствие токов утечки в выключенном состоянии
– Ниже частота срабатывания
– Подвержены механическому износу
– Отсутствие встроенной защиты
– Некоторые датчики требуют соблюдения полярности питания
– Нет датчиков с разъёмом


+ «Умная» схема с автоопределением типа входа (PNP/NPN)
+ Встроенная защита от обратной полярности и
перенапряжения
+ Выше частота переключения
+ Отсутствует дребезг контактов
+ Не подвержены механическому износу
+ Лёгкое подключение и быстрая замена за счёт разъёмов
M8 и EZ3
– Ниже отключаемая мощность
– Присутствует назначительный ток утечки в выключенном
состоянии
– Нет датчиков на переменное напряжение


Функциональная схема применения магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM на примере установки для запайки стаканчиков крышками из фольги

Описание работы:
1. Контроллер подаёт команду «вниз» на пневмораспределитель;
2. Пневмораспределитель срабатывает и впускает воздух в цилиндр;
3. Поршень цилиндра опускается. Срабатывает датчик нижнего положения и контроллер получает сигнал «Поршень в нижнем положении»;
4. Контроллер подаёт команду «вверх» на пневмораспределитель;
5. Поршень цилиндра поднимается в исходное положение. Датчик верхнего положения фиксирует возврат поршня, даёт сигнал контроллеру.


Схемы подключения магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM

LM50-34.R1.U6.K

 

 

LM50-34.I1.U1.K

 

NPN

 

PNP

LM50-34. I1.U1.K08, LM50-34.I1.U1.KZ3

 

NPN

PNP

LM50-34.R1.U1.K


Распиновка разъёмов M8 и EZ3

M8

EZ3


Габаритные размеры датчиков KIPPRIBOR серии LM


Обозначение при заказе магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM

Пример обозначения при заказе:

LM50-34. I1.U1.K08
вы заказали:
LM – Магнитный датчик
50 – Ширина корпуса 5 мм
34 – Длина корпуса 34 мм
I – С автоматическим определением схемы (PNP/NPN),
1 – С коммутационной функцией NO
U1 – Напряжением питания 10…30 VDC
K08 – C разъёмом М8

 


Способы монтажа магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM

  Фиксация в Т-пазе винтовым зажимом Фиксация на гильзе круглого цилиндра
с помощью монтажного набора серии PBI
Фиксация на стяжной шпильке пневмоцилиндра
с помощью монтажного набора серии PN
Тип цилиндра

Пневмоцилиндр с Т-образным пазом

Круглый пневмоцилиндр

Пневмоцилиндр со стяжными шпильками

Способ монтажа

Фиксация винтовым зажимом

Монтажный набор серии PBI

Монтажный набор серии PN

Монтажные размеры

Размеры Т-паза

Диаметр цилиндра:
PBI-01: ∅6-63 мм;
PBI-02: ∅6-125 мм
Диаметр шпильки:
PN-6: ∅4-6 мм;
PN-8: ∅8 мм;
PN-10: ∅10 мм;
PN-12: ∅12 мм;
PN-16: ∅14-16 мм

Таблица аналогов магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM

Модификация датчика KIPPRIBOR Аналоги других производителей
Camozzi Festo TEKO SMC Sick
LM50-34. R1.U6.K

CST-220

SME-8M MS FE8

FY-59B

D-Y7BA

RZT7
LM50-34.R1.U1.K CST-232
LM50-34.I1.U1.K CST-332 SMT-8M  

DY-59A

D-Y7P

D-Y7G

F-Y59B

MZT8
LM50-34.I1.U1.K08 CST-362
LM50-34.I1.U1.KZ3  

Таблица применимости магнитных датчиков KIPPRIBOR серии LM на пневмоцилиндрах различных производителей

Производитель Серия цилиндров с установкой датчика в Т-паз Серия цилиндров для установки датчика с помощью монтажного набора серии PN Серия цилиндров для установки датчика с помощью монтажного набора серии PBI
Festo

ADN

DSBC

DFSG DSNU
DSNU-KP
ESNU
DSNU-S
CRDSNU
KIPVALVE  

KVNG

KVSC

KVMAL
SMC C95, C55 c T-слотом C96 C85
Camozzi

31-31R

32-32R

52

QC-QCTB-QCTF

47

62

61

69

40

60
Серия 63 с круглой гильзой

Серия 24
Серия 25
Pneumax

1540-1550 ECOMPACT-S SERIES

с магнитом в поршне

1394

1306,1307,1308

1230-1232

1280-1294

1260-1274 с магнитом в поршне

1280-1294 «MIR»

 


Введение Переключатели на эффекте Холла Датчики Цепи Учебное пособие


Рис. 1

Льюиса Лофлина

Датчики Холла представляют собой твердотельные магнитные датчики, используемые либо в качестве магнитных переключателей, либо для измерения магнитных полей. Меня интересуют три основных типа: переключатель на эффекте Холла, защелка на эффекте Холла и логометрический или аналоговый выходной датчик. Для получения дополнительной информации об общих операциях см. мое видео на You Tube выше. Здесь я занимаюсь иллюстрацией различных электронных схем и тем, как подключать датчики и использовать их.

Переключатель на эффекте Холла включится при наличии южного магнитного поля на его лицевой стороне или северного магнитного поля на противоположной стороне. Он выключится, когда магнит будет удален.

Защелка на эффекте Холла работает как переключатель, но остается включенной при удалении магнита. Он выключится, если к лицу приложить северный полюс или отключить питание. Ниже у меня есть схема того, как использовать переключатель Холла, чтобы сделать однополюсный переключатель вкл/выкл.

Рационометрический датчик Холла выдает аналоговое напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля.Устройства, которые я буду использовать на отдельной странице, являются однополярными и, как правило, без приложения магнитного поля выходное напряжение составляет половину напряжения питания. Напряжение будет увеличиваться с южным магнитным полюсом на лице или уменьшаться с северным магнитным полюсом на лице.

См. Использование логометрических датчиков Холла

Здесь мы рассмотрим переключатели и защелки, которые начинаются как логометрические, а затем добавляются компараторы, триггеры Шмитта и выходные транзисторы. Ниже перечислены спецификации датчиков Холла, использованных в моем видео на You Tube.

На изображении выше показаны типичные выводы датчиков Холла. Южный полюс магнита направляется к «лицу», включая прибор. Северный полюс на лице не будет иметь никакого эффекта, если только устройство не является защелкой, которую оно выключит, если оно уже включено.

Рассмотрим пятивольтовый переключатель на эффекте Холла UGN3013T. Для срабатывания переключателя обычно требуется от 500 Гс до максимум 750 Гс. Но выпустить или отключить — это типичные 225 Гс до 110 Гс. Таким образом, у нас есть разумный диапазон 275, который нам нужен для надежной работы.Таким образом, очевидно, что даже небольшой железный магнит может работать хорошо или должен находиться очень близко к датчику. Обратите внимание, что это старая устаревшая часть, которая у меня случайно оказалась. Новые устройства гораздо более чувствительны.


Рис. 2

На изображении выше показана внутренняя блок-схема переключателя на эффекте Холла, в данном случае UGN3013T. Он включает в себя пластину Холла, усилитель, триггер Шмитта и транзисторный выход с открытым коллектором. Некоторые могут использовать МОП-транзистор с открытым стоком вместо биполярного транзистора.


Рис.3

Датчик Холла Ratiomteric с компаратором LM311 образует переключатель на эффекте Холла с выходом с открытым коллектором, образующий переключатель с регулируемой точкой срабатывания. Vcc составляет 5 вольт при использовании датчика, такого как UGN3502, и 12 вольт для TL174C. Его можно напрямую подключить к входному порту микроконтроллера или другой 5-вольтовой цифровой логике.


Рис. 4

Добавив JK-триггер к нашему переключателю на эффекте Холла на рис. 3, мы получим защелку на эффекте Холла. Состояние Q и QNOT «меняется» при каждом цикле ВКЛ-ВЫКЛ на TP2.


Рис. 5

На Рис. 5 показано, как использовать переключатель Холла с выходом с открытым коллектором/стоком с JK-триггером CD4027 для формирования схемы защелки.

На этом наше знакомство с датчиками и схемами на эффекте Холла завершено.

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, укажите ссылку на мой сайт.

 

Какой способ подключения датчика тока Холла?

Как Bipolar Hall IC China Factory , поделитесь с вами.

Источник способа подключения датчика тока Холла:

Датчики тока Холла и датчики напряжения необходимо подключать только к положительный и отрицательный источник питания постоянного тока. Шина измеряемого тока обычно проходит через датчик или подключается к клемме первичной стороны, а затем простые соединения выполняются на вторичной стороне для завершения основного управления схема. Обнаружение изоляции, схема очень проста.

Линейная интегральная схема Холла

При использовании вместе с датчиком после аналого-цифрового преобразования его можно легко соединяется с компьютером или различными инструментами и может передаваться на большое расстояние.

1 Способ подключения магнитного баланса (компенсации)

Существует две серии магнитного баланса (компенсации) по току и напряжению датчики/преобразователи: HNC и HNV: выходной сигнал преимущественно токовый. Три клеммы проводки этого типа обычного датчика: положительная мощность вход подключен к клемме «+», отрицательный вход питания подключен к клемма «-», а клемма «M» является клеммой вывода сигнала.

2 Метод прямого подключения

Существуют датчики постоянного тока серии HDC. Его выходной сигнал представляет собой напряжение режим. При номинальных рабочих условиях его стандартный выходной сигнал составляет ± 4 В, что могут быть выбраны пользователями в соответствии со своими потребностями. Есть ноль и усиление потенциометры на датчике, пользователям обычно не нужно вносить коррективы. Если у пользователей есть особые требования, их можно настроить на заводе. То способ подключения датчика постоянного тока будет варьироваться в зависимости от конкретного продукт, но большинство из них 4 клеммы: положительный вход питания подключен к клемме «+», отрицательный вход питания подключается к клемме «-», и клемма «M» — это клемма вывода сигнала, а клемма «0» — силовая земля.

Как подключить источник питания датчика тока Холла:

Датчики тока Холла делятся на переменного и постоянного тока, двухпроводного типа и многопроводные тип

Двухпроводной тип переменного тока Непосредственно подключается к цепи управления, один к источнику питания питания, а другой на нагрузку

Многолинейный тип переменного тока Два источника питания и две нагрузки, в зависимости от того, нормально открытый или нормально закрытый, то есть два

Есть шнур питания и две линии управления, а у некоторых одна длинная разомкнутая и один длинный закрытый.

Двухпроводной тип постоянного тока Черный к [или синему] отрицательному полюсу, красный [или коричневый] к нагрузке

Трехпроводной тип постоянного тока делится на тип PNP и NPN, черный подключается [или синий] отрицательный полюс, красный [или коричневый] соединяется с положительным полюсом

Желтый [или черный] соединяется с нагрузкой, имеется положительный PNP обратная связь с одним длинным открытым и одним длинным закрытым.

Отрицательный электрод обратной связи Extreme NPN

Обычно используются следующие способы подключения:

1 контакт: отрицательный источник питания (-15 В) положительный вход питания

2 фута: заземляющий провод питания (OV) провод заземления

3 фута: положительный источник питания (+15 В) вход отрицательной мощности

4 фута: выход (выход) измерительный сигнал выход

Наша компания также имеет в продаже Linear Hall IC , обращайтесь к нам.

Как подключить светодиод к магнитному датчику

Светодиоды могут обеспечивать визуальную индикацию состояния выхода цифрового переключаемого датчика магнитного поля. Светодиоды обеспечивают значительное количество света при малом токе, поэтому они прекрасно подходят для использования с магнитными датчиками. Большинство светодиодов хорошо видны при токе 10 мА. Решения для датчиков Датчики на эффекте Холла обычно рассчитаны на потребление или подачу не менее 20 мА, поэтому это не превышает их возможностей.

Может запутаться, как подключить светодиод к выходу датчика. Для работы светодиода требуется, чтобы ток протекал в определенном направлении между правильными проводами, и ток также должен быть ограничен, чтобы предотвратить повреждение датчика. Существует 2 различных типа выходов магнитных датчиков: NPN — потребляющий ток и PNP-источник тока. Некоторые датчики имеют внутренние подтягивающие или подтягивающие резисторы. Другие имеют выходы с открытым коллектором. Существуют также датчики с выходами «TTL» или от 0 до 5 В.Тип выхода датчика будет определять, где должна быть подключена светодиодная проводка.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ТОКА
Светодиоды имеют анод и катод, иногда обозначенные + и -. Обратите внимание, что ток должен течь от (+) анода к (-) катоду.

 

 

 

 

РАСЧЕТ РАЗМЕРА ТОКА ОГРАНИЧИТЕЛЬНОГО РЕЗИСТОРА

Ток должен быть ограничен с помощью последовательного резистора.Большинство светодиодов довольно яркие при токе от 5 до 10 мА. При таких токах падение напряжения на большинстве светодиодов составляет около 2В. Ток через резистор = Вольт/Сопротивление.

Светодиоды

можно приобрести со встроенным последовательным резистором, и в этом случае в описании будет указано номинальное напряжение. Для светодиодов без встроенного резистора используйте формулы справа, чтобы определить подходящий размер резистора.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ К ВЫХОДАМ ДАТЧИКОВ

   

Не рекомендуется использовать светодиод с опцией -RT, если только светодиод не является единственной нагрузкой. Датчик -RT должен иметь сток тока светодиода на землю. Обратите внимание, что в схеме уже есть резистор на 499 Ом, а напряжение V равно 5 вольтам. Ток светодиода: I светодиод = (5-2) / (499 + R). Итак, для 5 мА используйте резистор на 100 Ом. В этом случае Voh будет намного ниже 5 В, поэтому он может не управлять какой-либо другой нагрузкой. В этом случае светодиод будет гореть, когда выход выключен.

Поговорите с одним из наших инженеров.   Инженеры компании Sensor Solutions имеют многолетний опыт разработки нестандартных магнитных датчиков для новых приложений, а также для замены OEM.Свяжитесь с инженерным отделом сегодня, чтобы обсудить ваши конкретные потребности.

Нажмите здесь, чтобы вернуться к указателю заметок по применению

Датчик Холла (HS)

Общее описание  
      Сигнал первичного зажигания датчика Холла обычно используется в двигателях с распределителем, но в настоящее время распределительное зажигание используется очень редко.
Если в системе зажигания используется HS, она обеспечивает первичный сигнал для зажигания и впрыска топлива.

Принцип работы датчика Холла
      Датчик Холла обычно устанавливается на автомобили с распределителем, в котором находится датчик Холла. ЭБУ двигателя питает датчик напряжением немного ниже номинального напряжения аккумуляторной батареи. Цепь датчика холла замыкается кабелем для обратной связи с землей. Возле переключателя Холла расположен магнит, поле которого заставляет переключатель возвращать низкое напряжение на модуль зажигания. На оптической оси распределителя крепится щиток с прорезями, количество которых соответствует количеству цилиндров.Выключатель Холла включается и выключается, пока магнит проходит между экраном и датчиком. Напряжение на усилитель подается по третьему сигнальному кабелю, а переключатель находится напротив оптической щели. Пока плотная часть экрана прилегает к выключателю, сигнал обратного напряжения прерывается из-за отклонения магнитного поля. Количество возвращаемых импульсов в четырехтактном двигателе равно количеству пазов. Важно отметить, что обратный сигнал представляет собой напряжение или его отсутствие и имеет прямоугольную форму.

Процедура проверки состояния датчика Холла
Быстрая проверка датчика Холла
(без запуска двигателя)

В большинстве систем Холла датчик находится на распредвале. Только в некоторых системах (VW/Audi) датчик Холла расположен на маховике.

  • Отсоедините центральный высоковольтный кабель от общей клеммы крышки распределителя и подсоедините его дополнительным кабелем к головке блока цилиндров.
  • Отсоедините разъем датчика Холла от распределителя.
  • Найдите клеммы питания, выходного сигнала и заземления.
  • Замкните на короткое время контакт < 0 > и < > жгута проводки датчика холла с помощью дополнительного кабеля.
  • Если между дополнительным кабелем, соединенным с высоковольтным кабелем, и головкой блока цилиндров проскакивает искра, катушка зажигания и автоматический выключатель зажигания способны дать искру и возможная причина отказа кроется в самом датчике Холла.

Проверка датчика Холла с помощью осциллографа

  • Снять защитный резиновый кожух разъема датчика Холла.
  • Подсоедините щуп заземления осциллографа к заземлению корпуса.
  • Подсоедините активный конец щупа осциллографа к разъему сигнала датчика Холла.
  • Запустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу.
  • Необходимо наблюдать следующий сигнал (рис. 2). Это форма сигнала правильно работающего датчика Холла.Рабочий цикл составляет примерно 35%.


Рис. 2

Если автоматический выключатель зажигания не работает должным образом, вы должны увидеть следующую форму сигнала (рис. 3):


Рис. 3

На рис. 4 показано, как выглядит сигнал неисправного датчика Холла.


Рис. 4

Другие возможные повреждения:  
 Отсутствие сигнала напряжения или рабочего цикла

  • Остановите двигатель и снимите крышку распределителя.
  • При подключенной муфте датчика Холла и включенном зажигании подключить активный конец щупа осциллографа к сигнальному выводу датчика Холла. Установите диапазон напряжения осциллографа на ± 15 В.
  • Медленно проверните коленчатый вал двигателя.
    Когда щель экрана проходит через воздушный зазор, напряжение должно изменяться от 10В¸12В до 0В.

 Отсутствие сигнала напряжения

  • Отсоедините разъем датчика Холла от распределителя.
  • Подсоедините активный конец щупа осциллографа к клемме < 2 > ( 0 ) жгута разъема.
    Показание напряжения должно быть 10В¸12В.
  • При отсутствии напряжения от бортового компьютера на клемму < 2 > проверить омметром проводимость сигнальной цепи между датчиком Холла и бортовым компьютером.
  • Если цепь исправна, проверьте наличие напряжения на соответствующей клемме разъема бортового компьютера.При отсутствии напряжения проверьте все клеммы питания и массы бортового компьютера.
    Если соединения правильные, вероятная причина в самом бортовом компьютере.
  • Проверить наличие напряжения (10¸12В) на клемме < 1 > (+) бортового компьютера. Если напряжение питания выходит за указанные пределы, проверьте проводимость цепи между датчиком Холла и бортовым компьютером с помощью омметра.
  • Проверьте соединение с массой на выводе <3> (-) датчика Холла.
  • Если напряжения питания и заземления в норме, то под подозрение попадает сам датчик Холла.

Мотор на переключателе на эффекте Холла

Уровень сложности: 2 (простой, но требует использования паяльника)
Охватываемые наборы: Наборы #6, 8-10

Это простой и, наверное, самый надежный мотор. Вы можете посмотреть, как легко собрать этот мотор из комплекта.

В 1879 году Эдвард Холл поместил тонкий слой золота в сильное магнитное поле.Он подключил батарею к противоположным сторонам этой пленки и измерил ток, протекающий через нее. Он обнаружил, что на этой пленке появилось небольшое напряжение. Это напряжение было пропорционально силе магнитного поля, умноженной на силу тока. Этот эффект носит его имя.

В течение многих лет эффект Холла не использовался в практических приложениях, поскольку генерируемое напряжение в золотой пленке было чрезвычайно низким. Однако во второй половине 20 века началось массовое производство полупроводниковых микросхем.Чипы на эффекте Холла стали недорогими и широко доступными.

ИС на эффекте Холла (интегральная схема) представляет собой очень маленькую микросхему, состоящую из множества транзисторов. Он состоит из тонкого слоя кремния в качестве генератора Холла (который работает лучше золота) и нескольких транзисторных схем: для усиления напряжения Холла до необходимого уровня; срабатывание выходного напряжения при его росте; и обеспечивать стабильную работу независимо от изменения напряжения питания. На рисунке ниже показан эффект Холла IC:

.

ИС на эффекте Холла представляет собой твердотельное электронное устройство без механических частей, поэтому оно более надежно, чем геркон.Неудивительно, что в настоящее время это наиболее широко используемый датчик в промышленных бесколлекторных двигателях. Однако обычно они включают в себя множество других компонентов. Стэн разработал двигатель на основе переключателя на эффекте Холла с минимальным количеством деталей на основе той же унифицированной механической конструкции, и он работал очень хорошо. На самом деле его конструкция была настолько простой и ясной, что приведенные ниже схемы использовались в Электротехника: концепции и приложения , чтобы объяснить, как работают бесщеточные двигатели. Этот учебник используется многими университетами в курсе «Введение в электротехнику» (см. Ссылки).

ИС на эффекте Холла, используемая в комплектах №6 и 8-10 (или доступная как отдельная деталь), представляет собой униполярный переключатель. Он включается и выключается, когда южный полюс магнита проходит мимо его фирменной стороны. Северный полюс не оказывает на него никакого влияния, если только он не подходит с тыльной стороны ИС Холла. Эта ИС на эффекте Холла имеет встроенный регулятор напряжения и может работать в диапазоне от 4,5 до 24 В. Однако ИС на эффекте Холла, включенные в комплект, были тщательно протестированы; и было установлено, что большинство из них начинают работать при 3 В.Это типичная микросхема на эффекте Холла, показанная со стороны бренда:

Выходной ток переключателя на эффекте Холла недостаточен для питания этого двигателя, поэтому для него также требуется силовой транзистор. Информацию об этом компоненте можно найти в статье «Как это работает: мотор с герконом на транзисторе».

Вот как работает этот двигатель:

  1. Когда магнит №1 приближается к микросхеме Холла, датчик посылает сигнал на базу силового транзистора. Транзистор открывается и позволяет большему току коллектора течь через электромагнит. Электромагнит отталкивает магнит №3.

  2. Когда ротор раскручивается, магнит №1 перестает воздействовать на интегральную схему Холла. Поскольку сигнал на базу силового транзистора снят, он выключен. Это отключает электромагнит.

  3. Ротор продолжает вращаться по инерции до тех пор, пока магнит №2 не войдет в рабочий диапазон ИС Холла. ИС Холла посылает сигнал на базу транзистора. Транзистор открывается и позволяет большему току коллектора течь через электромагнит.Электромагнит отталкивает магнит №4. Этот процесс продолжается до тех пор, пока питание не будет отключено.

Новинка! Посмотрите видео о бесщеточных двигателях (как работает двигатель на датчике Холла) на нашем канале YouTube.

Этот мотор можно собрать из комплектов №6, 8-10. Если вы решили разработать этот двигатель самостоятельно, вы можете заказать только те детали, которые вам нужны (ИС на эффекте Холла, силовой транзистор PNP, магнитная проволока, магниты, радиатор).

Датчики Холла DIYAutoTune — DIYAutoTune.ком

DIYAutoTune.com продал несколько датчиков Холла. Выберите свой датчик из списка ниже, чтобы увидеть технические характеристики вашего датчика.

  1. Датчик с выступом
  2. Новый (красный корпус) датчик с резьбой
  3. Старый (серебристый корпус) датчик с резьбой

Датчик с выступом

Работает от 5 до 24 вольт и дает хороший прямоугольный сигнал, поэтому нет проблем с переменным напряжением. Имеет 12-дюймовую косичку из 3 проводов.Вот что делают провода:

Красный — Напряжение питания; подключайте либо к VREF, либо к 12-вольтовому переключаемому источнику питания. ЭТОТ ПРОВОД ДОЛЖЕН ПОДАТЬ ПИТАНИЕ, КОГДА ЗАМОК ЗАЖИГАНИЯ НАХОДИТСЯ В ПОЛОЖЕНИЯХ «ВКЛ» И «ПУСК».

Белый – Выходной сигнал. На MegaSquirt подключается к контакту 24. Мы только что настроили MegaSquirt для кондиционера VR, и он отлично работает. MicroSquirt версии 3.0 также может это делать, но более ранние MicroSquirts должны будут использовать вход с эффектом Холла.

Черный – Земля.

Если у вас новейшая версия нашего жгута проводов, вы можете соединить красный провод датчика с красным проводом жгута, а черный и белый провода подключить к соответствующим черному и белому проводам внутри экранированного входного провода оборотов. Красное в красное, черное в черное, белое в белое — просто и легко запоминается.

Технические характеристики

Рабочее напряжение: от 4,75 до 24 В

Максимальное напряжение питания: от +27 до -25 вольт

Максимальный выходной ток: 20 мА

Максимальная частота: 15 кГц

Диапазон температур: от -40 до +125 градусов C

Максимальный воздушный зазор: 5 мм

Спусковое колесо должно иметь ширину не менее 2 мм, ширину зубьев и зазоров не менее 2 мм и глубину зазоров не менее 2 мм.

 

Новый (красный корпус) датчик с резьбой

Датчик положения коленвала или распредвала на эффекте Холла. Это новая версия, отличающаяся красным корпусом из анодированного алюминия. Резьба М12 и монтажные гайки в комплекте. Работает от 5 до 24 вольт и дает хорошую прямоугольную волну, поэтому нет проблем с переменным напряжением. Имеет 3-жильный пигтейл длиной 1 метр. Вот что делают провода:

Коричневый – Напряжение питания; подключайте либо к VREF, либо к 12-вольтовому переключаемому источнику питания. ЭТОТ ПРОВОД ДОЛЖЕН ПОДАТЬ ПИТАНИЕ, КОГДА ЗАМОК ЗАЖИГАНИЯ НАХОДИТСЯ В ПОЛОЖЕНИЯХ «ВКЛ» И «ПУСК».

Черный – Выходной сигнал. На MegaSquirt подключается к контакту 24. Мы только что настроили MegaSquirt для кондиционера VR, и он отлично работает. MicroSquirt версии 3.0 также может это делать, но более ранние MicroSquirts должны будут использовать вход с эффектом Холла. Обратите внимание, что для этого требуется подтягивающий резистор. Это связано как с напряжением питания, так и с проводом выходного сигнала. Используйте тройник резистора 1 кОм между VREF и сигнальным проводом, чтобы подтянуть его.

Синий — Земля.

Будьте осторожны, если вы переходите на это с предыдущей версии нашего сенсора. Цвета проводов не совпадают, и для этой версии требуется подтягивающий резистор.

Технические характеристики

Рабочее напряжение: от 5 до 24 вольт

Максимальное напряжение питания: от +30 до -24 В

Максимальный требуемый ток питания: 6 мА

Максимальный входной ток: 20 мА

Тип выхода: Открытый коллектор

Максимальная частота: 15 кГц

Диапазон температур: от -40 до +125 градусов C

Номинальный воздушный зазор: 1.5 мм

Шаг резьбы: M12 x 1 мм

Общая длина: 65,5 мм (без проводов)

Материал упаковки: алюминий

Ориентация датчика: ненаправленная

Рекомендуемый размер зуба — прямоугольник размером не менее 2,5 мм x 6,35 мм с высотой зуба 5,0 мм.

 

Старый (серебристый корпус) датчик с резьбой

Резьба M12 и крепежные гайки включены. Работает от 5 до 24 вольт и дает хорошую прямоугольную волну, поэтому нет проблем с переменным напряжением.Имеет 12-дюймовую косичку из 3 проводов. Вот что делают провода:

Красный — Напряжение питания; подключайте либо к VREF, либо к 12-вольтовому переключаемому источнику питания. ЭТОТ ПРОВОД ДОЛЖЕН ПОДАТЬ ПИТАНИЕ, КОГДА ЗАМОК ЗАЖИГАНИЯ НАХОДИТСЯ В ПОЛОЖЕНИЯХ «ВКЛ» И «ПУСК».

Синий — Выходной сигнал. На MegaSquirt подключается к контакту 24. Мы только что настроили MegaSquirt для кондиционера VR, и он отлично работает. MicroSquirt версии 3.0 также может это делать, но более ранние MicroSquirts должны будут использовать вход с эффектом Холла.

Черный – Земля.

Если у вас новейшая версия нашего жгута проводов, вы можете просто соединить красный провод датчика с красным проводом жгута, а черный и синий провода подключить к соответствующим черному и белому проводам внутри защищенного входного провода оборотов. Красный к красному, черный к черному, синий к белому — довольно просто, только с одним несоответствующим цветом.

Технические характеристики

Рабочее напряжение: от 4,75 до 24 В

Максимальное напряжение питания: от +27 до -25 вольт

Максимальный выходной ток: 20 мА

Максимальная частота: 15 кГц

Диапазон температур: от -40 до +85 градусов C

Максимальный воздушный зазор: 1.5 мм (рекомендуется установить воздушный зазор меньше, как правило, максимально узким)

  • Обратите внимание, что в нашем датчике Холла с вкладками можно использовать более широкий воздушный зазор.

Шаг резьбы: M12 x 1 мм

Длина резьбы: 36 мм

Общая длина: 46 мм (без проводов)

Материал упаковки: нержавеющая сталь

Спусковое колесо должно иметь ширину не менее 2 мм, ширину зубьев и зазоров не менее 2 мм и глубину зазоров не менее 2 мм.

 

Патент США на интегральную схему с датчиками на эффекте Холла и анизотропными магниторезистивными (AMR) датчиками. Патент (Патент № 10 374 004, выдан 6 августа 2019 г.

) ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Это приложение является подразделением U.С. заявка на патент сер. № 15/865,825, поданной 9 января 2017 г. и выданной как патент США. № 10 211 255, который является подразделением заявки на патент США Сер. № 15/070,413, поданной 15 марта 2016 г. и опубликованной как патент США. № 9,893,119, содержание каждой заявки включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Ссылаются на следующие заявки США: заявка на патент США Ser. № 14/932,949 под названием «КОНСТРУКЦИЯ ДАТЧИКА ХОЛЛА В ИЗОЛИРОВАННОЙ ОБЛАСТИ», поданной 4 ноября 2015 г. и выданной как U.С. Пат. № 9 728 581; и заявка на патент США Ser. № 15/041,575 под названием ВСТРОЕННОЕ АНИЗОТРОПНОЕ МАГНИТОРЕЗИСТИВНОЕ УСТРОЙСТВО, поданное 11 февраля 2016 г. и опубликованное как патент США. № 10,276,787, все содержание которых полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к интегральным схемам (ИС) и, более конкретно, к ИС со встроенными датчиками на эффекте Холла и магниторезистивными датчиками, а также к способам их изготовления.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Технология измерения вращения и положения эволюционировала от контактных датчиков к бесконтактным датчикам и от дискретных датчиков к интегрированным датчикам. Датчики на эффекте Холла — это одна из форм датчиков, обеспечивающих обнаружение магнитных полей, которые можно использовать в приложениях для измерения вращения и положения. Феррозондовые и магниторезистивные (MR) датчики обеспечивают улучшенную чувствительность по сравнению с датчиками на эффекте Холла. Во многих приложениях желательно обеспечить возможность обнаружения на 360°.Однако магниторезистивные датчики ограничены обнаружением поворота на 180°. Несколько дискретных датчиков Холла или магниторезистивных датчиков могут быть расположены на печатной плате с угловым интервалом относительно друг друга, чтобы обеспечить 360-градусное измерение, но это увеличивает размер, сложность и стоимость системы.

РЕЗЮМЕ

Раскрытые примеры включают интегральные схемы с магниторезистивными датчиками и датчиками на эффекте Холла, а также способы их изготовления, в которых один или несколько вертикальных и/или горизонтальных датчиков Холла формируются на подложке или в ней вместе с транзисторами. и другие схемы, а магниторезистивный датчик выполнен в металлизированной структуре.Раскрытая интеграция технологий Холла и магниторезистивных датчиков в масштабе пластины вместе с P- и N-канальными транзисторами в единую интегральную схему может обеспечить компактное и экономичное высокоточное 360-градусное обнаружение для приложений определения вращения и положения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе примерной интегральной схемы со схемой датчика Холла и схемой магниторезистивного датчика.

РИС.2A-2E представляют собой виды сбоку в частичном разрезе ИС на фиг. 1 на промежуточных этапах изготовления для формирования транзисторов и схемы датчика Холла, включающей горизонтальный датчик Холла с пластиной Холла в подложке.

РИС. 2F-2L представляют собой виды сбоку в частичном разрезе ИС на фиг. 1 подвергается дальнейшей производственной обработке для формирования металлизированной структуры, включающей в себя датчик AMR, сформированный в верхнем слое металлизации.

РИС. 2М представляет собой вид сбоку в частичном разрезе ИС, показанной на фиг.1, схематически иллюстрирующий источник тока и датчик напряжения или устройство считывания напряжения для сопряжения с горизонтальным датчиком Холла.

РИС. 2N представляет собой частичный вид сверху ИС на фиг. 1.

РИС. 3А представляет собой вид сбоку в частичном разрезе другого примера ИС, включающего в себя вертикальный датчик Холла, схематично иллюстрирующий источник тока и считывание напряжения для взаимодействия с вертикальным датчиком Холла.

РИС. 3B представляет собой вид сбоку в частичном разрезе ИС, показанной на фиг.3А, включая вертикальный датчик Холла вместе с датчиком АМР, сформированным в верхнем слое металлизации.

РИС. 3C представляет собой частичный вид сверху ИС на фиг. 3А и 3В.

РИС. 4 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе другого примера IC, включающего в себя горизонтальный датчик Холла и датчик AMR.

РИС. 5 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе еще одного примера IC, включающего в себя горизонтальный датчик Холла и датчик AMR.

РИС. 6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерный способ изготовления ИС.

РИС. 7 представляет собой частичный вид в перспективе, иллюстрирующий пример ИС, включающий вертикальный датчик Холла, расположенный под первым и вторым датчиками AMR.

РИС. 8 представляет собой график, иллюстрирующий сигналы напряжения датчика от первого и второго датчиков AMR и вертикального датчика Холла в ИС на фиг. 7.

РИС. 9 иллюстрирует другой пример ИС, включающий вертикальный и горизонтальный датчики Холла.

РИС. 10 представляет собой частичную схематическую диаграмму, иллюстрирующую другой пример IC, включающий в себя ортогональные первый и второй вертикальные датчики Холла и первый и второй датчики AMR с сегментами AMR, соединенными в первую и вторую мостовые схемы.

РИС. 11 представляет собой график, иллюстрирующий сигналы напряжения датчика от датчиков AMR и Холла в ИС на фиг. 10.

РИС. 12 и 13 представляют собой вид сбоку и сверху в частичном разрезе примерной 5 контактной вертикальной структуры датчика Холла, сформированной на или в эпитаксиальной кремниевой подложке в ИС с одним или несколькими магниторезистивными датчиками, включая пластину Холла, сформированную в глубокой яме.

РИС. 14 и 15 представляют собой вид сбоку и сверху в частичном разрезе другого примера вертикальной структуры Холла, сформированной на или в эпитаксиальной кремниевой подложке в ИС с одним или несколькими магниторезистивными датчиками, включая множество симметричных элементов, сформированных во множестве глубоких колодцев.

РИС. 16 и 17 представляют собой вид сбоку и сверху в частичном разрезе другого примера вертикальной структуры Холла, сформированной на или в эпитаксиальной кремниевой подложке в ИС с одним или несколькими магниторезистивными датчиками, включая шесть контактов и четыре контакта.

РИС. 18 и 19 представляют собой вид сбоку и сверху в частичном разрезе другого примера горизонтальной структуры Холла, сформированной на или в эпитаксиальной кремниевой подложке в ИС с одним или несколькими магниторезистивными датчиками, включая пластину Холла, сформированную в глубокой яме.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На чертежах одинаковые ссылочные позиции на всем протяжении относятся к одинаковым элементам, и различные элементы не обязательно показаны в масштабе. В последующем обсуждении и в формуле изобретения термины «включающий», «включает», «имеющий», «имеющий», «с» или их варианты подразумевают включение аналогично термину «содержащий», и, таким образом, должно толковаться как означающее «включая, но не ограничиваясь . . . Также предполагается, что термин «пара» или «пары» включает непрямое или прямое электрическое соединение или их комбинации.Например, если первое устройство соединяется со вторым устройством или соединяется со вторым устройством, это соединение может быть через прямое электрическое соединение или через непрямое электрическое соединение через одно или несколько промежуточных устройств и соединений.

Описанные примеры демонстрируют интеграцию на уровне пластины магниторезистивных (MR) датчиков и датчиков Холла в одной ИС. Один или несколько вертикальных и/или горизонтальных датчиков Холла формируются на подложке или в ней вместе с транзисторами и другими схемами, такими как источники тока и устройства считывания напряжения, для взаимодействия с датчиками, а схема магниторезистивного датчика формируется в структуре металлизации ИС.В некоторых раскрытых примерах используются анизотропные магниторезистивные (AMR) датчики. В других примерах предусмотрены различные типы магниторезистивных датчиков, такие как гигантские магниторезистивные датчики (GMR), туннельные магниторезистивные датчики (TMR) и т. д. Хотя примеры описаны ниже в отношении встроенных AMR-датчиков, описанные концепции применимы к другим формам. цепей и конструкций магниторезистивных датчиков. В раскрытых примерах представлены полностью интегрированные конфигурации датчика уровня пластины для обеспечения высокоточного вращения на 360°, а некоторые примеры также обеспечивают трехмерное определение положения с использованием единой интегральной схемы для компактных и недорогих решений для различных конечных приложений. В некоторых вариантах датчики AMR обеспечивают высокоточное определение вращения, а добавление одного или нескольких вертикальных или горизонтальных вертикальных датчиков Холла обеспечивает обнаружение полярности для облегчения определения вращения на 360°.

В некоторых примерах один или несколько датчиков на эффекте Холла изготавливаются во время предварительной обработки изготовления ИС для формирования пластины Холла вместе с P- и N-канальными транзисторами на полупроводниковой подложке или в ней, а AMR или другие магниторезистивные датчики изготавливаются во время внутренняя обработка для формирования структур металлизации ИС.Взаимосвязь различных элементов схемы в структуре металлизации обеспечивает соединение магниторезистивных сегментных структур в мостовые схемы и соединение сегментных структур с напряжениями питания и отсчетами напряжения для построения схемы магниторезистивного датчика вместе с одной или несколькими схемами датчика Холла в единой схеме. упаковка. В некоторых реализациях две мостовые схемы Уитстона образованы сегментами датчика AMR, и сегменты двух мостовых схем смещены друг от друга по углу на 45°, чтобы обеспечить возможность измерения поворота на 180° с высоким разрешением.Комбинация с вертикальным или горизонтальным датчиком Холла в одной и той же ИС позволяет схеме обеспечивать выходную сигнализацию датчика, которая представляет фактическое вращение на 360° и/или трехмерное определение положения, когда вертикальный и горизонтальный датчики Холла объединены с одним или несколькими датчиками Холла. Датчики АМР. Раскрытые примеры интегральных схем могут использоваться в различных приложениях, включая рулевое управление, приведение в действие сцепления, рециркуляцию отработавших газов, определение положения педали транспортного средства, определение положения масляного насоса коробки передач, определение положения дроссельной заслонки, электронный контроль устойчивости, определение высоты шасси и другие транспортные средства. приложений, а также для определения угла наклона в портативных телефонах или других пользовательских устройствах, приложениях управления машинами и т. д.В этих и других приложениях раскрытые решения обеспечивают компактные датчики в одной интегральной схеме без механической сложности и затрат, связанных с обычным монтажом множества дискретных датчиков на печатной плате (PCB).

Полная интеграция на кремниевой пластине или другой подложке обеспечивает меньший форм-фактор, как по горизонтали, так и по вертикали, по сравнению с установкой нескольких дискретных датчиков на печатной плате, а раскрытые решения позволяют значительно снизить производственные затраты.Кроме того, изготовление датчиков Холла и магниторезистивных датчиков как части единого процесса изготовления интегральной схемы обеспечивает более точное управление относительным расположением датчиков и, следовательно, сводит к минимуму ошибку, связанную с расположением или расположением датчика.

В некоторых неограничивающих примерах осуществления предусмотрена интеграция на уровне пластины анизотропных магниторезистивных датчиков и вертикального датчика Холла для измерения линейного положения. Другие примеры обеспечивают интеграцию на уровне пластины анизотропных магниторезистивных датчиков, вертикального датчика Холла и горизонтального датчика Холла для трехмерного определения положения.Дополнительные проиллюстрированные варианты осуществления обеспечивают интеграцию на уровне пластины анизотропных магниторезистивных датчиков и горизонтальных датчиков Холла для электронного компаса и других приложений. Кроме того, настоящее раскрытие обеспечивает способы изготовления, облегчающие формирование транзисторов интегральных схем, элементов Холла и анизотропных магниторезистивных элементов в одном и том же технологическом потоке.

Обратимся сначала к ФИГ. 1 и 2А-2Н, фиг. 1 показана первая примерная интегральная схема (ИС) 100 , построенная с использованием кремниевой пластины или подложки 102 и содержащая один или несколько N-каналов (например,например, NMOS) транзисторы 108 , P-канальные (например, PMOS) транзисторы 110 , схема поперечного или горизонтального датчика Холла 106 и один или несколько анизотропных магниторезистивных (AMR) датчиков 182 . В одном примере архитектура датчика изготавливается непосредственно на и/или в подложке , 102, кремниевой пластины, как показано на ФИГ. 2А-2Н. В других примерах можно использовать другие подложки, такие как другие полупроводниковые пластины, подложки кремний-на-изоляторе (КНИ) и т.п.Подложка 102 включает в основном плоскую верхнюю поверхность 112 , проходящую вдоль указанного поперечного направления «X» на чертежах, и схема 106 датчика Холла сформирована, по меньшей мере, частично на подложке 102 или в ней. В частности, схема , 106, датчика Холла включает пластинчатую структуру Холла, , 118, , сформированную в виде легированной N области подложки , 102, . Кроме того, в проиллюстрированном примере пластинчатая конструкция Холла 118 расположена, по меньшей мере, частично под датчиком AMR 182 вдоль вертикального или Z-направления на чертежах. Таким образом, комбинированные сенсорные возможности датчика или датчиков AMR , 182, в основном датчике или датчиках Холла , 106, тесно интегрированы для облегчения определения положения и/или вращения путем обнаружения магнитных полей, на которые влияет интегральная схема 100. выставлен. В дополнение к датчикам 106 , 182 , ИС 100 также включает в себя один или несколько n-канальных транзисторов 108 и p-канальных транзисторов 110 , сформированных, по крайней мере, частично на или в подложке 082, как показано на 082. на фиг.1. IC 100 включает структуру металлизации, в одном примере включающую в себя слой металлического диэлектрика (PMD) 148 , а также один или несколько перекрывающих друг друга слоев металлизации 160 межслоевого диэлектрика (ILD). 170 и 180 , расположенные над верхней поверхностью подложки 112 , где схема датчика AMR 182 сформирована в структуре металлизации для измерения магнитных полей, ориентированных параллельно верхней поверхности 112 подложки 102

В примере на фиг. 1-2N, ИС 100 включает в себя горизонтальный датчик Холла 106 для измерения магнитных полей, ориентированных перпендикулярно верхней поверхности 112 подложки 102 . Кроме того, в этой реализации первый и второй датчики , 182, АМР предусмотрены в самом верхнем слое металлизации , 182, , воспринимая магнитные поля, параллельные верхней поверхности , 112, подложки , 102 , а датчики АМР , 182, расположены смещены друг от друга на 45° (т.г., фиг. 2Н ниже). В сочетании датчики AMR 182 и горизонтальный датчик Холла 106 облегчают измерение вращения на 360° в одной ИС 100 . Как описано далее в связи с фиг. 3A ниже, другой неограничивающий пример включает пару смещенных на 45° датчиков AMR 182 в сочетании с вертикальным датчиком Холла 306 , чтобы снова обеспечить измерение вращения на 360° в одной ИС 300 .

РИС. 2A-2E иллюстрируют производственную обработку для формирования транзисторов 108 , 110 и горизонтального датчика Холла 106 в ИС 100 по фиг.1. При изготовлении в одном примере используется кремниевая подложка 102 (например, кремниевая пластина), включающая полупроводниковый материал p-типа 104 , который может быть верхней частью кремниевой пластины или может представлять собой эпитаксиальный слой, сформированный на кремниевая пластина 102 . IC 100 может включать полевой оксид 114 , расположенный на верхней поверхности 112 подложки 102 для боковой изоляции компонентов и элементов. Полевой оксид 114 может иметь структуру изоляции неглубоких траншей (STI), как показано на фиг.1. В качестве альтернативы полевой оксид 114 может иметь структуру локализованного окисления кремния (LOCOS). Полевой оксид с другой структурой находится в рамках настоящего примера.

Датчик Холла 106 включает пластину Холла 118 , расположенную в первом изоляционном слое 120 n-типа в подложке 102 . Средняя чистая плотность легирующей примеси пластины Холла 118 , то есть среднее значение разности между примесями n-типа и примесями р-типа в пластине Холла 118 , может составлять, например, 4×10 16 см -3 до 1×10 17 см -3 .Вертикальная толщина пластины Холла 118 может составлять от 0,5 мкм до 1 мкм. Средняя чистая плотность легирующей примеси и толщина могут обеспечить поверхностное сопротивление от 850 Ом на квадрат до 2500 Ом на квадрат пластины Холла 118 . Боковая длина 122 пластины Холла 118 может составлять, например, от 25 микрон до 125 микрон. Увеличение поперечной длины , 122, может обеспечить более высокое напряжение Холла от пластины Холла , 118, , что выгодно улучшает чувствительность датчика Холла , 106, .Уменьшение поперечной длины 122 уменьшает размер IC 100 , что выгодно снижает стоимость изготовления. Изготовление пластины Холла 118 с поперечной длиной 122 от 25 микрон до 125 микрон может обеспечить желаемый баланс между чувствительностью и стоимостью. Датчик Холла 106 включает в себя первую неглубокую лунку 124 p-типа, расположенную в подложке 102 над пластиной Холла 118 и продолжающуюся до нее.Первая неглубокая скважина p-типа 124 может проходить ниже месторождения оксида 114 . Различные конструкции могут быть расположены внутри и/или над первой неглубокой скважиной р-типа , 124, над плитой Холла , 118, . В данном примере фиктивные активные области , 116, с областями р-типа , 126, , разделенные элементами полевого оксида , 114, , могут быть сформированы в первой неглубокой яме р-типа , 124, над пластиной Холла . 118 для уменьшения неплоскостности верхней поверхности 112 с помощью процесса оксидной химико-механической полировки (ХМП) во время формирования полевого оксида 114 .Электрические соединения с пластиной Холла 118 могут быть обеспечены первыми неглубокими колодцами n-типа 130 , расположенными в подложке 102 . ИНЖИР. 2M ниже показаны два примера соединений с пластиной Холла 118 ; дополнительные соединения могут быть вне плоскости фиг. 2М. Первые неглубокие скважины n-типа 130 могут быть отделены сбоку от первой неглубокой скважины p-типа 124 элементами полевого оксида 114 . Контактные области N-типа , 132, могут быть расположены в подложке , 102, над первыми неглубокими лунками n-типа , 130, , чтобы уменьшить электрическое сопротивление пластины Холла , 118, .Элементы из силицида металла 128 могут быть расположены над контактными областями n-типа 132 для дополнительного снижения электрического сопротивления пластины Холла 118 .

NMOS-транзистор 108 расположен над вторым неглубоким карманом p-типа 134 , расположенным в подложке 102 . Первая неглубокая скважина p-типа 124 датчика Холла 106 и вторая неглубокая скважина p-типа 134 имеют практически одинаковое распределение легирующих примесей p-типа, таких как бор, в результате одновременного формирования.Вторая неглубокая скважина p-типа 134 содержится во втором изоляционном слое 136 n-типа. Второй изолирующий слой , 136, n-типа может примыкать к первому изолирующему слою , 120, n-типа, который образует пластину Холла , 118, , как показано на фиг. 1. Альтернативно, второй изолирующий слой n-типа , 136, может быть отделен от первого изолирующего слоя n-типа, , 120, . В любом случае второй изолирующий слой n-типа 136 и первый изолирующий слой n-типа 120 имеют по существу одинаковое распределение примесей n-типа, таких как фосфор, в результате их одновременного формирования.N-МОП-транзистор , 108, включает в себя N-МОП-структуру , 138, затвора, расположенную над вторым неглубоким карманом , 134, p-типа. Структура затвора NMOS 138 включает в себя диэлектрический слой затвора, расположенный на верхней поверхности 112 подложки 102 , затвор, расположенный на диэлектрическом слое затвора, и, возможно, боковые прокладки затвора, расположенные на боковых поверхностях затвора. NMOS-транзистор 108 включает в себя n-канальные области 140 истока/стока (NSD), расположенные в подложке 102 рядом с структурой 138 затвора NMOS и частично перекрывая ее.Контактные области n-типа , 132, датчика Холла , 106 и области NSD 140 могут иметь практически одинаковое распределение примесей n-типа, таких как фосфор и мышьяк, в результате их одновременного образования. Элементы силицида металла 128 могут быть расположены на участках NSD 140 для уменьшения электрического сопротивления NMOS-транзистора 108 .

PMOS-транзистор 110 расположен над второй неглубокой лункой n-типа 142 , расположенной в подложке 102 .Первые неглубокие лунки 130 n-типа датчика Холла 106 и вторая неглубокая лунка n-типа 142 могут иметь практически одинаковое распределение легирующих примесей n-типа, таких как фосфор, в результате их одновременного образования. PMOS-транзистор 110 включает в себя структуру 144 затвора PMOS, расположенную над второй неглубокой лункой 142 n-типа. Структура 144 затвора из ПМОП включает слой диэлектрика затвора, расположенный на верхней поверхности 112 подложки 102 , затвор, расположенный на слое диэлектрика затвора, и, возможно, распорки боковых стенок затвора, расположенные на боковых поверхностях затвора.PMOS-транзистор 110 включает в себя p-канальные области 146 истока/стока (PSD), расположенные в подложке 102 рядом с структурой 144 затвора PMOS и частично перекрывая ее. Области p-типа , 126, датчика Холла , 106 и области PSD , 146 могут иметь по существу одинаковое распределение примесей p-типа, таких как бор, в результате их одновременного формирования. Элементы из силицида металла , 128, могут быть расположены на участках PSD , 146, для уменьшения электрического сопротивления PMOS-транзистора , 110, .

Слой предварительно металлического диэлектрика (PMD) 148 расположен поверх верхней поверхности 112 подложки 102 . Слой , 148, PMD и его контакты , 150, можно рассматривать как часть структуры металлизации ИС , 100, . Слой PMD 148 может включать в себя один или несколько подслоев диэлектрического материала, например, слой PMD из нитрида кремния на верхней поверхности подложки 112 , слой материала на основе диоксида кремния, образованный плазмой высокой плотности или процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD) с использованием тетраэтилортосиликата (TEOS) и озона, слоя материала на основе диоксида кремния, такого как фосфорсиликатное стекло (PSG) или боросиликатное стекло (BPSG), и верхнего слоя нитрида кремния, оксинитрид кремния, карбид кремния или нитрид карбида кремния.Контакты 150 сформированы через слой PMD 148 для обеспечения контакта с силицидом металла 128 . Контакты 150 могут иметь металлические вкладыши из титана и нитрида титана, а также заливочные металлы из вольфрама. Слои металлических межсоединений и диэлектрического материала, не показанные на фиг. 1, расположены над слоем , 148, PMD для обеспечения электрических соединений между компонентами ИС , 100, .

Увеличение средней чистой плотности легирующей примеси второго изолирующего слоя n-типа 136 обеспечивает лучшую электрическую изоляцию NMOS-транзистора 108 от полупроводникового материала p-типа 104 при одновременном снижении средней чистой плотности легирующей примеси первый изолирующий слой n-типа 120 обеспечивает более высокую чувствительность датчика Холла 106 .Формирование первого изолирующего слоя n-типа 120 и второго изолирующего слоя n-типа 136 со средней чистой плотностью легирующей примеси от 5×10 16 см от −3 до 1×10 17 см -3 и толщина от 0,5 микрона до 1 микрона предпочтительно обеспечивает желаемый уровень изоляции для NMOS-транзистора 108 и желаемую чувствительность датчика Холла 106 . Первая неглубокая скважина p-типа 124 , расположенная над плитой Холла 118 и контактирующая с ней, обеспечивает выгодный режим работы.Во время работы ИС 100 напряжение смещения может быть приложено к первой неглубокой лунке p-типа , 124, для обратного смещения p-n перехода между первой мелкой лункой p-типа , 124, и пластиной Холла , 118, . , что может повысить чувствительность датчика Холла 106 . Например, первая неглубокая лунка p-типа 124 может быть электрически соединена с полупроводниковым материалом p-типа 104 подложки 102 , и к пластине Холла 118 приложено положительное напряжение.Альтернативно, первая неглубокая скважина p-типа , 124, может быть плавучей, обеспечивая упрощенную конструкцию для датчика Холла , 106, .

На фиг. 2A, на верхней поверхности 112 подложки 102 сформирован полевой оксид 114 , включающий элементы полевого оксида 114 , определяющие фиктивные активные области 116 . В одной версии настоящего примера полевой оксид 114 может быть сформирован с помощью процесса STI, который включает травление изолирующих канавок в подложке 102 , заполнение канавок диэлектрическим материалом и удаление избыточного диэлектрического материала с использованием оксидного процесса CMP. .В другой версии настоящего примера полевой оксид 114 может быть сформирован с помощью процесса LOCOS, который включает в себя нанесение рисунка слоя нитрида кремния на верхнюю поверхность 112 подложки 102 , чтобы обнажить области для полевого оксида. 114 , формирование полевого оксида 114 в процессе термического окисления и последующее удаление слоя нитрида кремния.

Изолирующая маска 156 формируется поверх подложки 102 , открывая область для первого изолирующего слоя n-типа 120 и область для второго изолирующего слоя n-типа 136 .Изолирующая маска 156 может включать фоторезист, сформированный в процессе фотолитографии, и может дополнительно включать просветляющий слой, такой как нижнее просветляющее покрытие (BARC). В данном примере область датчика Холла 106 и область NMOS-транзистора 108 являются смежными, поэтому изолирующая маска 156 открывает смежную область для первого изолирующего слоя n-типа 120 , обеспечивая пластина Холла 118 и второй изолирующий слой n-типа 136 под NMOS-транзистор 108 .Изолирующая маска 156 закрывает область PMOS-транзистора 110 . Легирующие примеси N-типа, такие как фосфор, имплантируются в подложку 102 , которая подвергается воздействию изолирующей маски 156 ; изолирующая маска 156 блокирует примеси n-типа от подложки 102 . Легирующие примеси n-типа могут быть имплантированы, например, при энергии от 1000 кэВ до 2000 кэВ с дозой от 5×10 12 см -2 до 2×1013 см -2 .Изолирующая маска 156 затем удаляется, например, с помощью процесса озоления, за которым следует процесс влажной очистки. Имплантированные примеси n-типа активируются в процессе отжига для формирования первого изолирующего слоя n-типа 120 и второго изолирующего слоя n-типа 136 . Процесс отжига может включать процесс отжига в печи или процесс быстрого термического отжига. Процесс отжига в печи может включать диапазон условий отжига от температуры 850°С в течение 120 минут до температуры 950°С.в течение 10 минут. Процесс быстрого термического отжига может включать диапазон условий отжига от температуры 1000°С в течение 60 секунд до температуры 1100°С в течение 20 секунд в устройстве быстрого термического процессора (RTP). Процесс отжига может выполняться после имплантации легирующих примесей n-типа и до любых последующих имплантаций, или может выполняться после имплантации дополнительных легирующих примесей n-типа для формирования неглубоких лунок n-типа , 130, и , 142, на ФИГ. 1, и после имплантации легирующих примесей p-типа с образованием неглубоких лунок p-типа , 124, и , 134, на фиг.1. Одновременное формирование второго изолирующего слоя n-типа 136 и первого изолирующего слоя n-типа 120 может выгодно снизить стоимость изготовления и сложность ИС 100 по сравнению с формированием изолирующих слоев n-типа по отдельности.

На фиг. 2B, маска 158 лунки p-типа сформирована над подложкой 102 , чтобы обнажить области для первой неглубокой лунки p-типа 124 в датчике Холла 106 и второй мелкой лунки p-типа 134 под транзистор NMOS 108 .Маска кармана p-типа 158 закрывает область для PMOS-транзистора 110 . Маска лунок p-типа , 158, может включать фоторезист, сформированный в процессе фотолитографии, и может дополнительно включать просветляющий слой, такой как BARC. Легирующие примеси P-типа, такие как бор, имплантируются в подложку 102 , которая экспонируется маской лунки p-типа 158 . Маска лунок p-типа 158 блокирует примеси p-типа от подложки 102 .Легирующие добавки p-типа могут быть имплантированы, например, при энергии от 200 кэВ до 500 кэВ с дозой от 2×10 13 см −2 до 5×10 13 см −2 . Дополнительные легирующие примеси p-типа могут быть имплантированы при более низких энергиях, например, для обеспечения сквозного слоя, слоя остановки канала и слоя регулировки порога для NMOS-транзистора 108 . Маска лунок p-типа , 158, впоследствии удаляется, например, как описано в отношении изолирующей маски , 156 на ФИГ.2А. Имплантированные легирующие примеси p-типа активируются процессом отжига с образованием первой неглубокой лунки p-типа 124 и второй неглубокой лунки p-типа 134 . Первая неглубокая скважина р-типа 124 доходит до плиты Холла 118 . Процесс отжига может представлять собой, например, процесс отжига в печи или процесс быстрого термического отжига, как описано со ссылкой на фиг. 2А. Процесс отжига может быть таким же процессом отжига, который используется для активации имплантированных примесей n-типа в первом изолирующем слое n-типа 120 и втором изолирующем слое n-типа 136 , или может быть отдельным процессом отжига.Одновременное формирование первой неглубокой лунки p-типа 124 датчика Холла 106 и второй мелкой лунки p-типа 134 под NMOS-транзистором 108 может дополнительно снизить стоимость изготовления и сложность ИС 100 по сравнению с раздельным формированием неглубоких скважин р-типа.

Ссылаясь на РИС. 2C, маска 160 лунок n-типа сформирована над подложкой 102 , чтобы обнажить области для первых неглубоких лунок n-типа 130 в датчике Холла 106 и второй неглубокой лунки n-типа. 142 под транзистор PMOS 110 .Маска лунок n-типа 160 закрывает область NMOS-транзистора 108 . Маска , 160, лунок n-типа может быть сформирована аналогично маске , 158 лунок p-типа, показанной на ФИГ. 2Б. Легирующие примеси N-типа, такие как фосфор, имплантируются в подложку 102 , где экспонируются с помощью маски лунки n-типа 160 . Маска лунки n-типа 160 блокирует примеси n-типа от подложки 102 . Легирующие добавки n-типа могут быть имплантированы, например, при энергии от 400 кэВ до 750 кэВ с дозой от 2×10 13 см −2 до 8×10 13 см −2 .Дополнительные примеси n-типа, такие как фосфор и мышьяк, могут быть имплантированы при более низких энергиях, например, для обеспечения сквозного слоя, слоя остановки канала и слоя регулировки порога для PMOS-транзистора 110 . Маска , 160, лунок n-типа затем удаляется, например, как описано в отношении изолирующей маски , 156, на ФИГ. 2А. Имплантированные легирующие примеси n-типа активируются процессом отжига для формирования первых неглубоких лунок n-типа 130 и вторых неглубоких лунок n-типа 142 .Процесс отжига может представлять собой, например, процесс отжига в печи или процесс быстрого термического отжига, как описано со ссылкой на фиг. 2А. Процесс отжига может быть таким же процессом отжига, который использовался для активации имплантированных присадок p-типа в первой неглубокой лунке p-типа 124 и второй неглубокой лунке p-типа 134 , или может быть отдельным процессом отжига. Формирование первых неглубоких лунок n-типа , 130, датчика Холла , 106, одновременно со второй неглубокой лункой n-типа , 142 под транзистором 110 PMOS может выгодно дополнительно снизить стоимость изготовления и сложность ИС 100. по сравнению с раздельным формированием неглубоких скважин n-типа.

Ссылаясь на РИС. 2D, затворная структура 138 N-МОП транзистора 108 и структура затвора 144 PMOS транзистора 110 сформированы на подложке 102 . Дренажные удлинители N-типа, не показанные на фиг. 2С, могут быть сформированы в подложке 102 рядом со структурой 138 затвора NMOS, а удлинители стока р-типа, не показанные на ФИГ. 2C, может быть сформирован в подложке 102 рядом с структурой 144 затвора из ПМОП.Маска NSD (источник/сток N) , 162 сформирована поверх подложки 102 , чтобы обнажить области для контактных областей n-типа , 132 в датчике Холла , 106 и области NSD , 140 Транзистор NMOS 108 . Маска NSD 162 закрывает область транзистора PMOS 110 . Маска NSD 162 может включать фоторезист, сформированный в процессе фотолитографии, и может включать антиотражающий слой, такой как BARC.Легирующие примеси N-типа, такие как фосфор и мышьяк и, возможно, сурьма, имплантируются в подложку 102 , где она экспонируется маской NSD 162 . Маска NSD 162 блокирует примеси n-типа от подложки 102 . Легирующие добавки n-типа могут быть имплантированы более чем в один этап имплантации с энергиями имплантации в диапазоне, например, от 20 кэВ до 60 кэВ, и с общей дозой от 1×10 15 см -2 до 4×10 15 см −2 .Маска NSD , 162, впоследствии удаляется, например, как описано в отношении изолирующей маски , 156 на ФИГ. 2А. Имплантированные легирующие примеси n-типа активируются процессом отжига для формирования контактных областей n-типа , 132, и областей NSD , 140, . Процесс отжига может представлять собой, например, процесс быстрого термического отжига, как описано со ссылкой на фиг. 2А, или процесс мгновенного отжига. Пример процесса мгновенного отжига использует лучистую энергию для нагрева подложки 102 на верхней поверхности 112 до температуры 1200°C.до 1250°С в течение от 1 миллисекунды до 5 миллисекунд. Формирование контактных областей n-типа , 132, датчика Холла , 106, одновременно с областями NSD , 140, NMOS-транзистора , 108 может дополнительно снизить стоимость изготовления и сложность ИС , 100 по сравнению с формированием области n-типа отдельно.

Ссылаясь на РИС. 2E, маска , 164, PSD (P исток/сток) сформирована над подложкой , 102, , чтобы обнажить области для областей p-типа , 126, в датчике Холла , 106, и областей PSD , 146, . транзистора PMOS 110 .Маска PSD 164 закрывает область NMOS-транзистора 108 . Маска , 164, PSD может быть сформирована аналогично маске , 162, NSD на фиг. 2D. Легирующие примеси P-типа, такие как бор и галлий и, возможно, индий, имплантированы в подложку 102 , где экспонируется маска PSD 164 . Маска PSD 164 блокирует примеси p-типа от подложки 102 . Легирующие примеси p-типа могут быть имплантированы более чем в один этап имплантации с энергиями имплантации в диапазоне, например, от 3 кэВ до 20 кэВ, и с общей дозой от 1×10 15 см −2 до 4×10 15 см −2 .Маска PSD , 164, впоследствии удаляется, например, как описано со ссылкой на изолирующую маску , 156, на фиг. 2А. Имплантированные легирующие примеси р-типа активируются процессом отжига с образованием областей р-типа , 126, и областей PSD , 146, . Процесс отжига может представлять собой, например, процесс быстрого термического отжига или процесс мгновенного отжига и может выполняться одновременно с процессом отжига для контактных областей , 132, n-типа и областей , 140, NSD.Формирование областей , 126 p-типа датчика Холла , 106 одновременно с областями PSD , 146 PMOS-транзистора , 110 может выгодно дополнительно снизить стоимость изготовления и сложность ИС 100 по сравнению с формированием p -тип регионов отдельно.

Датчик Холла, аналогичный показанному на фиг. 1 и фиг. 2А по фиг. 2E, может быть сформирована пластиной Холла p-типа (не показана) путем соответствующих изменений полярности легирующих примесей и типов проводимости.

Ссылаясь на РИС. 2F-2L процесс изготовления продолжается формированием структур металлизации, включая слой PMD , 148, и один или несколько дополнительных слоев металлизации, при этом датчик или датчики AMR , 182 формируются в одном из слоев металлизации. Как видно на фиг. 2F, силицид металла 128 сформирован на открытом полупроводниковом материале на верхней поверхности 112 подложки 102 . На фиг. 2G, слой , 148, PMD и контакты , 150, сформированы для обеспечения взаимного соединения со структурами транзисторного слоя и соединений с горизонтальным датчиком Холла , 106, .ИНЖИР. 2H показана ИС 100 после формирования слоя металлизации 160 , включающего межслойный диэлектрик (ILD) 148 с узорчатыми первыми металлическими структурами 162 , находящимися в контакте или электрически соединенными с одним или несколькими контактами слоя PMD. 150 и токопроводящие контакты 164 , доходящие до верхней части ILD 148 . Кроме того, в этом примере формируется второй металлический слой, включающий материал ILD 170 , узорчатые металлические конструкции 172 и контакты 174 .На фиг. 2I, изготовление последнего или самого верхнего слоя металлизации начинается с изготовления узорчатых проводящих металлических структур 182 . В одном примере слой нитрида титана (TiN) , 194, сформирован на вершинах структур , 182, , как показано на ФИГ. 2И. Продолжая на фиг. 2J, первая часть верхнего слоя , 180, A материала ILD формируется для покрытия верхней части слоя металлизации , 170, и структур , 182, , , 194, .Вольфрамовые (W) переходные отверстия , 192, сформированы для контакта с частями слоя , 194, нитрида титана над структурами , 182, , , 194 датчика AMR.

На фиг. 2K, в одном примере используется процесс типа тонкопленочного резистора (TFR) для формирования набора датчиков AMR для каждой из множества секций , 184, AMR. В этом примере формируются восемь таких секционных структур 184 , включая два набора из четырех секций 184 , соединенных друг с другом через структуру металлизации для образования мостовых цепей.Как видно на фиг. 2К, отдельные секции 184 AMR проходят параллельно верхней поверхности 112 подложки 102 от конца первой секции (например, слева на ФИГ. 2К) до конца второй секции (например, справа на ФИГ. 2К). Отдельные секции AMR 184 включают базовый слой нитрида тантала (TaN) 186 , который электрически соединен с одним или несколькими переходными отверстиями 192 вблизи конца первой секции, а базовый слой 186 электрически соединен с одно или несколько переходных отверстий , 192, вблизи конца второй секции.В других примерах (например, на фиг. 4 и 5 ниже) базовый слой 186 может быть сформирован поверх частей слоев 194 нитрида титана, а сквозные отверстия 192 могут быть исключены. Пакеты секций AMR 184 дополнительно включают слой 188 сплава никеля и железа (NiFe), простирающийся по меньшей мере на часть базового слоя 186 , и слой 190 нитрида алюминия (AlN), простирающийся по меньшей мере на часть слоя сплава железа и никеля 188 .Использование вольфрамовых переходных отверстий 192 и формирование пакетов 184 добавляет к процессу изготовления две маски в одном примере. На практике базовый слой 186 действует как затравочный слой для обеспечения кристаллической текстуры сплава никеля и железа (111) и обеспечивает защиту слоя 188 из сплава никеля и железа от окисления или химической реакции. Поскольку затравочный или базовый слой 186 может быть резистивным, в некоторых примерах предпочтительнее минимизировать толщину базового слоя 186 , сохраняя преимущество улучшения кристаллической текстуры никеля и железа (111).Слой из сплава никеля и железа обеспечивает источник магниторезистивного (MR) эффекта и предпочтительно максимизирует протекание тока через слой 188 , где одним подходящим материалом является сплав Ni 82 Fe 18 с весовым процентным содержанием. Слой нитрида алюминия 190 действует как покрывающий слой для защиты сплава никеля и железа 188 от окисления или химической реакции, и при эксплуатации не должен быть проводящим. Поскольку электрическое соединение осуществляется снизу пакета AMR 184 , неметаллический слой 190 (например,например, нитрид алюминия), тем самым уменьшая шунтирование тока через слой 190 .

Обратимся теперь к фиг. 2L, верхний слой металлизации завершается добавлением дополнительного материала ILD 180 , и могут быть предусмотрены один или несколько пассивирующих слоев или структур или процессоров с формированием окончательных внешних площадок или контактов на верхней стороне ИС 100 для обеспечения соединения с печатными платами хоста (не показаны) и т.п.

Обратимся теперь к фиг. 2М показана часть ИС 100 , схематично показывающая взаимосвязь горизонтального датчика Холла 106 с соответствующей схемой датчика Холла, включая источник тока 152 и датчик напряжения или считыватель (например, схему усилителя) . 154 для измерения напряжения Холла на пластине Холла. В этом примере датчик Холла 106 включает в себя четыре клеммы или соединения T 1 , T 2 , T 3 и T 4 , причем T 1 и T 3 9005 подключены к току. источник 152 для подачи тока I на пластину Холла 118 через соответствующие контакты 150 и контактные области N-типа 132 .Индикатор напряжения , 154, электрически соединен с датчиком Холла , 106, через другие контакты , 150, , вне плоскости фиг. 2M в данном примере. Во время работы ИС 100 источник тока 152 обеспечивает ток I через пластину Холла 118 , а устройство 154 считывания напряжения измеряет напряжение Холла на пластине Холла 118 , которое является функцией магнитное поле через пластину Холла 118 и обеспечивает электрический выход, который является функцией напряжения Холла.Предоставление по меньшей мере одного источника 152 тока и устройства считывания напряжения 154 в ИС 100 может выгодно снизить стоимость и сложность системы, включающей ИС 100 . В одном примере источник , 152, тока и устройство , 154, считывания напряжения сконструированы с использованием транзисторов и других компонентов схемы (например, резисторов, конденсаторов и т. д.), сформированных во время изготовления транзисторов в ИС , 100, , и IC 100 может предоставить доступный извне контакт или контактную площадку (не показана), позволяющую главной схеме получать измеренное напряжение Холла из считывания напряжения 154 .Кроме того, обработка для создания транзисторов и датчика Холла 106 на или в подложке 102 в этом примере также включает изготовление других схем, связанных с датчиком или датчиками AMR 182 , например, включая соединения или контакты в структура металлизации для соединения различных секций AMR друг с другом для формирования одной или нескольких мостовых схем, а также источники напряжения для питания мостовых схем и считыватели напряжения для определения одного или нескольких мостовых напряжений для обеспечения выходных сигналов датчика AMR, которые могут быть соединены между собой для внешнего доступа с главной платы.

Ссылаясь на РИС. 2N показан вид сверху примера IC 100 , где самый верхний слой металлизации 180 включает в себя первую и вторую структуры датчика AMR 182 A и 182 B. Как видно на фиг. 2N, соединения для измерения напряжения T 2 и T 4 датчика Холла 106 расположены в направлении «Y» в IC 100 , а клеммы для подключения источника тока T 1 и T 3 в этом примере расположены продольно вдоль направления «X».Таким образом, датчик Холла , 106, представляет собой горизонтальную структуру датчика Холла, приспособленную для измерения магнитных полей, ориентированных перпендикулярно верхней поверхности , 112, подложки , 102, . Кроме того, отдельные датчики AMR , 182, A и 182, B в этом примере включают в себя по меньшей мере четыре секции AMR , 184, , индивидуально сформированные в виде пакетов , 184, , показанных на ФИГ. 1, 2К и 2Л выше. Секции 184 датчиков 182 A и 182 B смещены друг относительно друга под углом 45°.В этом случае первый и второй датчики АМР 182 А и 182 В чувствительны к магнитным полям, ориентированным параллельно верхней поверхности 112 подложки 102 , и сигналам от соответствующих первого и второго мостов. схемы обеспечивают диапазон 180 ° для измерения вращения. В сочетании с горизонтальной схемой датчика Холла 106 , которая чувствительна к магнитным полям, перпендикулярным верхней поверхности 112 , главная система может обнаруживать вращение на 360°, используя сигналы от двух мостовых цепей датчика AMR и датчика Холла. 106 .Кроме того, угловое смещение датчиков AMR 182 на 45° и перпендикулярную ориентацию датчиков 182 относительно направления срабатывания датчика Холла 106 можно точно контролировать с помощью обработки изготовления полупроводников до степени это нецелесообразно или невозможно с использованием механических средств для управления относительной ориентацией двух или более дискретных датчиков, как это делалось в прошлом. Соответственно, интеграция в масштабе пластины датчика Холла или датчиков , 106, с датчиком или датчиками AMR , 182, по настоящему раскрытию обеспечивает значительные преимущества по сравнению с обычными методами измерения вращения и/или положения.

Ссылаясь на РИС. 3A-3C показан другой пример IC 300 , включающий вертикальный датчик Холла 306 и один или более датчиков 182 AMR. В этом примере датчики AMR , 182, в IC 300 изготовлены, как описано выше в связи с фиг. 2F-2L, в том числе к датчикам 182 A и 182 B с секциями 184 , смещенными друг от друга на 45° и образующими две отдельные мостовые схемы. ИС 300 имеет подложку 302 , включающую полупроводниковый материал p-типа 304 .ИС 300 включает в себя вертикальный датчик Холла 306 для измерения магнитных полей, ориентированных параллельно верхней поверхности 312 подложки 302 , а также NMOS-транзистор 308 и PMOS-транзистор 35 как 0. показано на фиг. 3А. IC 300 может включать полевой оксид 314 , расположенный на верхней поверхности 312 подложки 302 для боковой изоляции компонентов и элементов. Вертикальный датчик Холла , 306, включает в себя пластину Холла , 318, , расположенную в первом изоляционном слое , 320, n-типа в подложке , 302, .Средняя чистая плотность легирующей примеси пластины Холла 318 может составлять, например, от 5×10 16 см -3 до 1×10 17 см -3 . Толщина пластины Холла 318 может составлять от 0,5 мкм до 1 мкм. Средняя чистая плотность легирующей примеси и толщина могут обеспечить поверхностное сопротивление от 850 Ом на квадрат до 2500 Ом на квадрат пластины Холла 318 . Боковая длина 322 пластины Холла 318 может составлять, например, от 50 микрон до 125 микрон для вертикального датчика Холла.Изготовление пластины Холла 318 с поперечной длиной 322 от 50 микрон до 125 микрон может обеспечить желаемый баланс между чувствительностью и стоимостью. Датчик Холла 306 включает в себя первые неглубокие лунки р-типа , 324 , расположенные в подложке 302 над пластиной 318 Холла и доходящие до нее. Первые неглубокие скважины p-типа , 324, могут проходить ниже поля оксида , 314 и, возможно, могут быть смежными в местах вне плоскости фиг.3А. Первые неглубокие скважины p-типа , 324, могут быть наклонными или плавучими, как описано в отношении первой неглубокой скважины p-типа , 124 на фиг. 1, получая раскрытые в нем преимущества. Различные конструкции могут быть расположены внутри и/или над первыми неглубокими скважинами p-типа , 324, над плитой Холла , 318 . В данном примере области , 326 p-типа могут быть расположены в первых неглубоких лунках , 324 p-типа, а слой силицидного блочного диэлектрика 366 расположен поверх областей 326 p-типа.Электрические соединения с пластиной Холла 318 могут быть обеспечены первыми неглубокими колодцами n-типа 330 , расположенными в подложке 302 . ИНЖИР. 3A показаны четыре примера соединений или клемм T 1 -T 4 для электрического соединения источника тока 352 и устройства считывания напряжения 354 с пластиной Холла 318 для формирования вертикальной цепи датчика Холла. Датчик Холла 306 может иметь дополнительные соединения.Первые неглубокие скважины n-типа 330 могут быть отделены сбоку от первых неглубоких скважин p-типа 324 элементами полевого оксида 314 . Контактные области N-типа , 332, могут быть расположены в подложке , 302, над первыми неглубокими лунками n-типа , 330, , чтобы уменьшить электрическое сопротивление пластины Холла , 318, . Элементы из силицида металла 328 могут быть расположены над контактными областями n-типа 332 для дополнительного снижения электрического сопротивления пластины Холла 318 .

NMOS-транзистор 308 расположен над второй неглубокой лункой p-типа 334 , расположенной в подложке 302 . Первые неглубокие лунки р-типа , 324 датчика Холла 306 и вторая неглубокая лунка р-типа 334 имеют практически одинаковое распределение легирующих примесей р-типа, таких как бор, в результате одновременного образования, например как описано со ссылкой на фиг. 2Б. Второй неглубокий колодец p-типа 334 содержится во втором изоляционном слое 336 n-типа, который может быть отделен от первого изолирующего слоя n-типа 320 , образующего пластину Холла 318 , как показано на рис. ИНЖИР.3А. Альтернативно, вторая неглубокая скважина 334 p-типа может содержаться в общем изоляционном слое n-типа, который образует пластину 318 Холла, как описано со ссылкой на фиг. 1. В любом случае второй изолирующий слой n-типа , 336 , содержащий вторую неглубокую лунку p-типа , 334 , и первый изолирующий слой n-типа , 320 , который образует пластину Холла , 318 , имеют практически одинаковое распределение. примесей n-типа, таких как фосфор, в результате одновременного образования, например, как описано со ссылкой на фиг.2А. NMOS-транзистор 308 включает NMOS-структуру 338 затвора, расположенную над второй мелкой лункой p-типа , 334 , и NSD-области 340 , расположенные в подложке 302 рядом с NMOS-структурой затвора и частично перекрывая ее. 338 , подобно описанному со ссылкой на фиг. 1. Контактные области n-типа , 332, датчика Холла , 306 и области NSD , 340 могут иметь практически одинаковое распределение примесей n-типа, таких как фосфор и мышьяк, в результате их одновременного формирования, например как описано со ссылкой на фиг.2D. Элементы силицида металла 328 могут быть расположены на участках NSD 340 для уменьшения электрического сопротивления NMOS-транзистора 308 .

PMOS-транзистор 310 расположен над второй неглубокой лункой n-типа 342 , расположенной в подложке 302 . Первые неглубокие лунки n-типа , 330 датчика Холла 306 и вторая неглубокая лунка n-типа 342 могут иметь практически одинаковое распределение легирующих примесей n-типа, таких как фосфор, в результате их одновременного образования, для пример, как описано со ссылкой на фиг.2С. PMOS-транзистор 310 включает в себя структуру 344 затвора PMOS и области PSD 346 , расположенные в подложке 302 рядом с структурой 344 PMOS-затвора и частично перекрывая ее, подобно описанному со ссылкой на фиг. . 1. Области p-типа , 326 датчика Холла , 306 и области PSD 346 могут иметь практически одинаковое распределение примесей p-типа, таких как бор, в результате их одновременного образования, например, как описано в ссылка на фиг.2Э. Элементы из силицида металла , 328, могут быть расположены на участках PSD , 346, для уменьшения электрического сопротивления PMOS-транзистора , 310, .

ИС 300 может также включать отвод 368 подложки, который обеспечивает электрическое соединение с полупроводниковым материалом p-типа 304 . Отвод 368 подложки включает в себя третий неглубокий колодец 370 p-типа, расположенный в подложке 302 .Первые неглубокие скважины p-типа , 324 датчика Холла 306 и третья неглубокая скважина p-типа 370 имеют практически одинаковое распределение примесей p-типа, таких как бор, в результате их одновременного образования, например как описано со ссылкой на фиг. 2Б. Отвод , 368, подложки также включает контактную область , 372, р-типа, расположенную в третьем неглубоком углублении , 370, р-типа. Области p-типа , 326 датчика Холла , 306 и контактная область p-типа 372 могут иметь практически одинаковое распределение примесей p-типа, таких как бор, в результате их одновременного образования, например, как описано со ссылкой на фиг.2Э. Элемент силицида металла 328 может быть расположен на контактной области 372 р-типа для уменьшения электрического сопротивления полупроводникового материала р-типа 304 . Датчик Холла, аналогичный раскрытому со ссылкой на фиг. 3А, может быть сформирована пластиной Холла p-типа путем соответствующих изменений полярности примесей и типов проводимости.

Как дополнительно показано на РИС. 3B, PMD-слой , 348, и контакты , 350, , например, как описано со ссылкой на фиг.1, расположены на верхней поверхности 312 подложки 302 . Слои металлизации 160 , 170 и 180 металлических межсоединений и диэлектрического материала расположены над слоем PMD 348 для обеспечения электрических соединений между компонентами ИС 300 , как в целом описано выше в связи с фиг. . 1. Кроме того, структура металлизации включает в себя один или несколько датчиков AMR 182 , как описано ранее.При работе источник тока , 352, (фиг. 3A) электрически соединен с датчиком Холла , 306, , а устройство , 354 считывания напряжения электрически соединено с датчиком Холла , 306, . При работе источник тока 352 обеспечивает ток через пластину Холла 318 , а устройство считывания напряжения 354 измеряет напряжение Холла на пластине Холла 318 , которое является функцией магнитного поля через пластину Холла. 318 , который ориентирован параллельно верхней поверхности 312 подложки 302 , и пластина Холла 318 обеспечивает электрический выходной сигнал, определяемый датчиком напряжения 354 , для обеспечения выходного сигнала, который является функцией напряжение Холла.

Как дополнительно показано на РИС. 3C, вертикальный датчик Холла 306 объединен с первым и вторым датчиками AMR 182 A и 182 B, а выходные сигналы мостовой схемы от датчиков смещения 45° 182 могут использоваться для обеспечения 180° диапазона измерения вращения в сочетании с определением полярности по выходному напряжению, обеспечиваемому схемой вертикального датчика Холла 306 , чтобы обеспечить возможность измерения вращения на 360 ° с использованием IC 300 .

На фиг. 4, другой пример IC 400 включает в себя горизонтальный датчик Холла 106 , как описано выше в связи с фиг. 1, а также другой пример датчика AMR 182 . В отличие от примера на фиг. 1 выше, датчики AMR , 182, на фиг. 4, не включают сквозные отверстия, при этом базовый слой 186 (например, нитрид тантала) непосредственно контактирует со слоями нитрида титана 194 соответствующих металлических структур 182 .Поскольку электрическое соединение выполняется снизу пакета AMR 184 в ИС 400 , можно использовать неметаллический слой 190 (например, нитрид алюминия), тем самым уменьшая шунтирование тока через слой 190 . .

РИС. 5 показан другой пример IC 500 , включающий горизонтальный датчик Холла 106 , как описано ранее, а также дополнительный пример датчика AMR 182 . В этом примере один или несколько датчиков AMR , 182, сформированы во втором слое металлизации , 170, с электрическим соединением со структурами металлизации , 181, и верхним металлическим слоем , 180, .Сегменты датчика AMR , 184, сконструированы, как описано выше в связи с фиг. 2K, включая базовый слой 186 (нитрид тантала), слой 188 из сплава никеля и железа, простирающийся по меньшей мере на часть базового слоя 186 , и покрывающий слой из нитрида алюминия 190 , покрывающий по меньшей мере часть слоя сплава железа и никеля 188 . В этом случае концевые части базового слоя , 186, сформированы поверх элементов , 194, нитрида титана во втором металлическом слое , 170, , как показано на ФИГ.5, и элементы 194 из нитрида титана электрически связаны со структурами 181 в верхнем металлическом слое 180 посредством вольфрама через структуры 192 во втором металлическом слое 170 . Как и в приведенных выше примерах набора датчиков AMR, использование неметаллического покрывающего слоя 190 позволяет избежать или смягчить шунтирование тока через покрывающий слой 190 с электрическим соединением, выполненным снизу пакета AMR 184 .

В примерах на фиг. 4 и 5, горизонтальный датчик Холла , 106, предусмотрен на или в подложке , 102, , как описано выше в связи с фиг. 1, хотя вместо этого может использоваться вертикальный датчик Холла (например, датчик 306 выше), или в других примерах могут быть предусмотрены комбинации вертикального и горизонтального датчиков Холла. Когда вертикальный датчик Холла комбинируется с горизонтальным датчиком Холла и магниторезистивными датчиками, также возможно трехмерное определение положения с использованием IC 100 .Кроме того, датчики AMR 182 могут быть сконструированы для формирования двух отдельных мостовых схем AMR в некоторых примерах, смещенных на 45° друг от друга, как описано ранее, или несколько датчиков Холла (например, вертикальных и/или горизонтальных) могут быть объединены с один датчик AMR 182 в различных вариантах реализации.

РИС. 6 представлена ​​блок-схема, иллюстрирующая примерный способ изготовления ИС 604 , который можно использовать при изготовлении одного или нескольких раскрытых примеров ИС 100 , 300 , 400 , 500 602 на фиг. 6, предусмотрена подложка, такая как описанные выше подложки , 102, , , 302, . Пластину Холла формируют в точке 604 в подложке, например, с использованием описанных выше методов обработки для формирования структур пластины Холла 118 , 318 , при этом пластина Холла 118 , 318 проходит параллельно к верхней поверхности (например, 112 , 312 ) подложки. В 606 структуры датчика Холла и схемы интерфейса датчика Холла формируются на или в подложке 102 , 302 , а транзисторы N и P формируются в 608 на или в подложке 102 , 7 3 610 формируется предварительно металлический диэлектрик (PMD) и формируются связанные контакты, такие как слой PMD 148 и связанные контакты 150 в вышеописанных примерах. В 612 сформирован один или несколько слоев металлизации, таких как металлические слои 160 , 170 и 180 , описанные выше. В 614 на фиг. 6, один или несколько магниторезистивных датчиков (например, датчики AMR 182 ) сформированы в структуре металлизации.В одном примере, как обсуждалось ранее, датчик или датчики AMR могут быть сформированы в позиции 614 в верхнем слое металлизации 180 структуры металлизации 146 , 160 , 170 , 0180 180. В различных реализациях, как описано выше, схема датчика AMR 182 может быть образована на 614 , включая несколько секций датчика AMR 184 , соединенных по мостовой схеме, с отдельными секциями AMR 184 , проходящими параллельно верхней поверхности . 112 , 312 подложки 102 , 302 .Любые подходящие структуры магниторезистивных секций могут быть сформированы по 614 , включая описанные выше пакеты 184 секций AMR, включающие базовый слой (например, нитрид тантала), слой 188 из сплава никеля и железа, простирающийся по меньшей мере на часть базовый слой для обеспечения магниторезистивной проводящей части, а также покрывающий слой 190 (например, нитрид алюминия) с подходящими электрическими соединениями для соединения соответствующих концов секций датчика AMR 184 для формирования одной или нескольких мостовых схем.Кроме того, в некоторых реализациях схемы датчиков AMR , 182, сформированы в металлизированной структуре, по меньшей мере, частично над схемой датчика на эффекте Холла, сформированной в 604 , 606 .

Обращаясь теперь к ФИГ. 7 и 8, фиг. 7 иллюстрирует дополнительные детали IC 300 , ранее описанного в связи с фиг. 3A-3C, включая вертикальный датчик Холла 306 и пару датчиков AMR со смещением на 45° 182 A и 182 B, в которых датчики AMR 182 расположены по существу над датчиком на эффекте Холла 306 .ИНЖИР. 8 представлен график 800 , иллюстрирующий сигналы напряжения датчика 802 и 804 соответственно от датчика AMR мостовых схем 182 B и 182 A на фиг. 7, а также форму , 806, выходного сигнала напряжения датчика от вертикального датчика Холла , 306 в микросхеме 300 на фиг. 7. В этом примере две мостовые схемы Уитстона датчиков AMR 182 A и 182 B, смещенные друг относительно друга на 45° в плоскости XY IC 300 , обеспечивают высокоточное обнаружение 180° вращение.Дополнительная информация о полярности, предоставляемая вертикальным датчиком Холла 306 (кривая 806 на фиг. 8), объединяется с диапазоном обнаружения поворота на 180° датчиков AMR 182 A и 182 B для облегчения обнаружения полный диапазон вращения на 360° с высокой точностью.

РИС. 9 показан другой пример IC 900 , включающий вертикальный датчик Холла 306 и горизонтальный датчик Холла 106 . В этом случае вертикальный датчик Холла , 306, воспринимает магнитные поля, ориентированные параллельно верхней поверхности подложки ИС, в данном случае магнитные поля, параллельные плоскости X-Y, показанной на фиг.9. Горизонтальный датчик Холла , 106, предназначен для измерения магнитных полей, ориентированных перпендикулярно верхней поверхности подложки, в данном случае полей, перпендикулярных плоскости X-Y, показанной на фиг. 9.

Обратимся теперь к ФИГ. 10 и 11, фиг. 10 показан упрощенный схематический вид сверху другого примера IC 1000 , включающего первую и вторую мостовые схемы датчика AMR 182 A и 182 B, смещенные друг относительно друга на 45° и обеспечивающие магниторезистивное измерение магнитных полей, ориентированных параллельно верхней поверхности подложки, в данном случае параллельной плоскости XY, показанной на фиг.10. Этот пример также включает в себя первый и второй вертикальные датчики Холла , 306, A и 306 B, каждый из которых способен воспринимать магнитные поля, ориентированные параллельно верхней поверхности подложки. В этом случае первый датчик Холла 306 A чувствителен к магнитным полям в направлении «X», а второй вертикальный датчик Холла 306 B чувствителен к магнитным полям, ориентированным в направлении «Y», показанном на фиг. 10. Фиг. 11 представлен график 1100 , показывающий выходные сигналы датчика AMR 1102 и 1104 соответственно, соответствующие датчикам 182 B и 182 A на фиг.10. График 1100 дополнительно иллюстрирует формы 1106 и 1108 выходного сигнала первого и второго датчика Холла, соответствующие первому датчику Холла 306 A и второму датчику Холла 306 B, показанным на фиг. 10. В этом случае использование двух вертикальных датчиков Холла 306 обеспечивает перед выходными сигналами 1102 1108 при использовании первого выходного сигнала датчика Холла 1106 от 45° до 135° и снова от 225° до 315° для определения вращения.Выходной сигнал второго датчика Холла 1108 используется от 135° до 225° и снова от 315° до 45°. Кроме того, в некоторых вариантах реализации датчики Холла , 306, A и , 306, B могут быть сформированы существенно ниже датчиков AMR , 182, A и , 182, B в некоторых примерах.

РИС. 12 и 13 показан пример вертикальной конструкции датчика Холла , 1206, с пятью контактами. Датчик Холла , 1206, в этом примере сформирован на или в эпитаксиальной кремниевой подложке , 1202, в ИС , 1200, с одним или несколькими магниторезистивными датчиками (не показаны на ФИГ.12 и 13, но как проиллюстрировано и описано выше, например, на ФИГ. 1, 2L, 2N, 3B, 3C, 4, 5 и 7). Эпитаксиальная кремниевая подложка 1202 имплантируется с использованием фосфора или других примесей N-типа и маски (не показана) для формирования глубокой n-ямы 1204 . Легирование n-ям в этом эпитаксиальном примере может быть меньше, чем в приведенных выше примерах, например примерно 2×10 15 см -3 . Неглубокая р-лунка 1205 формируется путем имплантации бора или других примесей Р-типа, по меньшей мере частично окружающих боковую внешнюю периферию лунки 1204 , с использованием соответствующей второй маски имплантата (не показана).Области N+ , 1208, имплантируют, а области P+ , 1210, имплантируют в верхние части подложки , 1202, , как показано на ФИГ. 12 с использованием соответствующих процессов имплантации и масок (не показаны). Слой PMD 1212 нанесен на структуру. Контакты 1214 выполнены из материала PMD 1212 для контакта с областями 1208 и 1210 . ИНЖИР. 12 дополнительно показаны металлические конструкции 1216 первого слоя металлизации, включая вертикальные выводы датчика Холла T 1 — T 4 .Источник тока (например, источник тока, описанный выше, не показанный на фиг. 12) подключен между T 1 и T 3 , и устройство считывания напряжения (например, датчик 154 , описанный выше, не показанный на фиг. 12) измеряет напряжение между T 2 и T 4 в одном неограничивающем примере. Затем изготавливают один или несколько магниторезистивных датчиков в дополнительных слоях металлизации (не показаны), как описано выше. В этом примере глубокая n-колодец 1204 работает как пластинчатая конструкция Холла.

РИС. 14 и 15 показан другой пример вертикальной структуры датчика Холла , 1406, , сформированной на или в эпитаксиальной кремниевой подложке , 1402, в ИС 1400 с одним или несколькими магниторезистивными датчиками (не показаны на фиг. 14 и 15, но как показано и описанные выше, например, на фиг.1, 2L, 2N, 3B, 3C, 4, 5 и 7). Датчик Холла , 1406, в этом примере включает в себя множество симметричных элементов, образованных во множестве глубоких колодцев , 1404, .Подложка 1402 имплантирована с использованием фосфора или других легирующих примесей N-типа и маски (не показана) для формирования множества глубоких n-лунок 1404 , которые по отдельности действуют как пластинчатые структуры Холла. В примере на фиг. 14 сформированы четыре глубокие n-скважины , 1404, . Неглубокая p-лунка 1405 формируется путем имплантации бора или других примесей P-типа, по меньшей мере частично окружающих боковую внешнюю периферию n-лунок 1404 , с использованием второй маски имплантата (не показана).Области N+ , 1408, имплантируют, а области P+ , 1410 имплантируют в верхние части подложки , 1402 с использованием соответствующих процессов имплантации и масок (не показаны). Слой PMD 1412 нанесен на структуру. Контакты 1414 сформированы из материала PMD 1412 для контакта с областями 1408 и 1410 . Формируют металлоконструкции первого слоя металлизации 1416 , в том числе вертикальные выводы датчика Холла Т 1 4 .Источник тока (не показан на фиг. 14) подключен между T 1 и T 3 , а устройство считывания напряжения (не показано) измеряет напряжение между T 2 и T 4 в одном неограничивающем например, как описано выше. Затем изготавливают один или несколько магниторезистивных датчиков в дополнительных слоях металлизации, описанных выше.

Обратимся теперь к фиг. 16 и 17, другой пример вертикальной структуры Холла 1606 сформирован на или в эпитаксиальной кремниевой подложке 1602 в ИС 1600 с одним или несколькими магниторезистивными датчиками (не показаны, но как проиллюстрировано и описано выше, например, на фиг.1, 2L, 2N, 3B, 3C, 4, 5 и 7). Датчик Холла 1606 в этом примере включает шесть контактов и четыре клеммы T 1 -T 4 . Подложка 1602 имплантирована с использованием фосфора или других присадок N-типа и маски (не показана) для формирования глубокой n-лунки 1604 для работы в качестве пластины Холла датчика 1606 . Неглубокую р-луночку 1405 формируют путем имплантации бора или других легирующих примесей Р-типа, по меньшей мере частично окружающих боковую внешнюю периферию n-лунки 1604 , с использованием второй маски имплантата (не показана).Области N+ 1608 имплантированы для выводов T 1 -T 4 , а области P+ 1610 имплантированы с использованием соответствующих процессов имплантации и масок (не показаны). Слой , 1612, PMD сформирован над структурой, и контакты , 1614, сформированы через слой , 1612, PMD для контакта с областями , 1608, и , 1610 . Металлоконструкции первого слоя металлизации 1416 включают в себя вертикальные выводы датчика Холла Т 1 — Т 4 для подключения к источнику тока (не показаны, т.g., T 1 и T 3 ) и показания напряжения (не показаны, T 2 и T 4 ), например, как описано выше. Затем изготавливают один или несколько магниторезистивных датчиков в дополнительных слоях металлизации (не показаны), как описано выше.

Можно использовать другие примеры вертикальных структур Холла, например круглые или L-образные датчики Холла, сформированные на подложке и/или в ней.

РИС. 18 и 19 показан другой пример горизонтальной структуры Холла , 1806, , сформированной на эпитаксиальной кремниевой подложке , 1802, или в ней в ИС 1800 с одним или несколькими магниторезистивными датчиками.Этот пример включает пластину Холла, сформированную в глубокой n-лунке 1804 . Один или несколько магниторезистивных датчиков (не показаны, например, как показано на фиг. 1, 2L, 2N, 3B, 3C, 4, 5 и 7). Горизонтальный датчик Холла 1806 включает в себя глубокую n-лунку 1804 , обеспечивающую пластину Холла, образованную путем имплантации подложки 1802 с использованием фосфора или других примесей N-типа с использованием маски имплантата (не показана). Неглубокая р-лунка 1805 формируется путем имплантации бора или других примесей Р-типа, по крайней мере, частично окружающих боковую внешнюю периферию n-лунки 1804 , с использованием второй маски имплантата (не показана) и неглубокой n- скважина 1820 сформирована под клеммы Т 1 и Т 3 для проведения тока от источника тока (не показаны).Области N+ , 1808, имплантируют в неглубокие n-лунки , 1820, , а области P+ , 1810, имплантируют в верхние части подложки , 1802, с использованием подходящих процессов имплантации и масок (не показаны). Слой PMD 1812 нанесен на структуру, и контакты 1814 сформированы через материал 1812 PMD для контакта с областями 1808 и 1810 . Формируют металлические конструкции 1816 первого слоя металлизации, включая выводы датчика Холла Т 1 — Т 4 2 и Т 4 , показанные на фиг.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.