一种形CMOS集成霍尔磁传感器的电路模型的仿真方法

摘要

本发明的目的是提供一种结构简单、精度高、能在通用的电子电路仿真器上进行模拟的形CMOS集成霍尔磁传感器的电路仿真模型。由12个非线性N阱电阻、8个PN结结电容和4个受电流控制的电压源构成中心对称的结构网络；将形器件分为一个中心区域和四个叉指区域，中心区域的有源区用RH--RD--CB网络表示，叉指区域的有源区用RF--CF网络表示；该模型几乎考虑了霍尔传感器的所有物理与几何效应，能模拟霍尔传感器的各种直流、交流和瞬态特性，适合在实际含有霍尔器件的工程电路中应用，进行大批量生产。

主权项

1.一种十字形CMOS集成霍尔磁传感器的电路模型的仿真方法，其特征是：由12个非线性N阱电阻、8个PN结结电容和4个受电流控制的霍尔电压源构成中心对称的结构网络；将十字形CMOS集成霍尔磁传感器分为一个中心区域和四个叉指区域，中心区域的有源区用R_H--R_D--C_B--V_H/2网络表示，叉指区域的有源区用R_F--C_F网络表示；R_H为中心区域的外层桥臂电阻，R_D为中心区域的内层十字电阻，R_F为叉指电阻，C_B为中心电容，C_F为叉指区域电容，V_H/2为霍尔效应产生的霍尔电压源；中心区域共包括4个内层十字电阻（R_D1～R_D4），4个外层桥臂电阻（R_H1～R_H4）；其中4个外层电阻（R_H1～R_H4）构成惠斯通电桥，表示相邻接触端口之间的连接关系；4个内层十字电阻（R_D1～R_D4）的一端连接在一起构成十字中心端，相邻两个内层十字电阻的另一端之间连接一个外层桥臂电阻；中心区域的4个内层十字电阻和4个外层桥臂电阻构成呈十字对称的R_H--R_D网络，其4个端口与该模型外端的接触端口之间分别连接一个叉指电阻（RF₁～RF₄）；4个中心电容（C_B）分别位于R_H--R_D网络的端口与地之间；4个叉指区域各用一个叉指电阻（R_F）与一个受电流控制的霍尔电压源（V_H/2)相串联，串联后的两端分别接R_H--R_D网络的端口和该模型电路外端的接触端口；4个叉指电容（C_F）分别位于该模型外端的接触端口与地之间；4个受电流控制的霍尔电压源（V_H/2）位于中心区域R_H--R_D--C_B网络与叉指区域R_F--C_F网络之间；其中，所述的受电流控制的霍尔电压源（V_H/2），其计算方法为： 其中：I(n₁，n₂)是模型中流过n₁和n₂节点间的电流，S_I是电流相关灵敏度，B为垂直于器件表面的磁场的磁感应强度，计算方法为：S_I=Gμ_HR_S，式中μ_H为霍尔迁移率，G为器件的几何形状因子，R_S为器件的N阱方块电阻；对于满足条件W/2L≤0.39的十字形CMOS集成霍尔磁传感器，几何因子G的表达式为：，式中θ_H为霍尔角，W为十字形CMOS集成霍尔磁传感器的叉指宽度，L是十字形CMOS集成霍尔磁传感器的叉指长度。