[go: up one dir, main page]

RU2453947C2 - Integrated gradient magnetic transistorised sensor - Google Patents

Integrated gradient magnetic transistorised sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2453947C2
RU2453947C2 RU2010120027/28A RU2010120027A RU2453947C2 RU 2453947 C2 RU2453947 C2 RU 2453947C2 RU 2010120027/28 A RU2010120027/28 A RU 2010120027/28A RU 2010120027 A RU2010120027 A RU 2010120027A RU 2453947 C2 RU2453947 C2 RU 2453947C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
output
current
gradient
magnetic
Prior art date
Application number
RU2010120027/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010120027A (en
Inventor
Антон Викторович Козлов (RU)
Антон Викторович Козлов
Петр Павлович Мальцев (RU)
Петр Павлович Мальцев
Сергей Александрович Поломошнов (RU)
Сергей Александрович Поломошнов
Алексей Алексеевич Резнев (RU)
Алексей Алексеевич Резнев
Иван Александрович Решетников (RU)
Иван Александрович Решетников
Александр Николаевич Сауров (RU)
Александр Николаевич Сауров
Роберт Дмитриевич Тихонов (RU)
Роберт Дмитриевич Тихонов
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение Научно-Производственный Комплекс "Технологический Центр" Московского института электронной техники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение Научно-Производственный Комплекс "Технологический Центр" Московского института электронной техники filed Critical Федеральное государственное учреждение Научно-Производственный Комплекс "Технологический Центр" Московского института электронной техники
Priority to RU2010120027/28A priority Critical patent/RU2453947C2/en
Publication of RU2010120027A publication Critical patent/RU2010120027A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453947C2 publication Critical patent/RU2453947C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering.
SUBSTANCE: invention relates to semiconducting electronics. The invention deals with the integrated gradient magnetic transistorised sensor, which contains two sensor elements, two amplifiers implemented as two current mirrors based on MOS transistors, and comparison circuit with two inputs. The sensor elements with amplifiers are realised as integral current magnetic sensors based on bipolar magnetic transistors located at the fixed distance from each other so that the gradient of magnetic field distribution by sensors signals difference may be measured. Each of the specified sensors is coupled with the input of related CMOS inverter through the current mirror fulfilling loading function and a current mirror output. The CMOS inverter conditions signals levels from current magnetic sensors and input voltages on the corresponding inputs of comparison circuit containing RS trigger and output cascade and one of RS trigger outputs is coupled with output CMOS cascade.
EFFECT: simplified implementation of design and engineering for sensor measuring gradient of magnetic field.
4 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковой электронике, полупроводниковым приборам, содержащим компоненты, в которых применяются гальваномагнитные эффекты для измерения градиента магнитного поля.The present invention relates to semiconductor electronics, semiconductor devices containing components that use galvanomagnetic effects to measure the gradient of the magnetic field.

Полупроводниковые датчики величины и направления магнитного поля используются в интегрированных микросистемах благодаря возможности их объединения с остальными компонентами микросистем методами микроэлектроники и создания микроминиатюрных приборов для контроля и управления в автоматизированных комплексах различного назначения [1]. В бесколлекторных электродвигателях постоянного тока проводится контроль магнитного поля ротора, состоящего из нескольких постоянных магнитов. Момент прохождения края магнита мимо магнитного датчика необходимо зафиксировать для последующего включения тока в обмотки статора.Semiconductor sensors of magnitude and direction of the magnetic field are used in integrated microsystems due to the possibility of combining them with other components of microsystems using microelectronics methods and the creation of microminiature devices for monitoring and control in automated complexes for various purposes [1]. In brushless DC motors, the magnetic field of the rotor, consisting of several permanent magnets, is monitored. The moment of passage of the edge of the magnet past the magnetic sensor must be fixed for the subsequent inclusion of current in the stator windings.

Разработано большое количество магнитоуправляемых микросхем, например, с датчиками Холла. В выпускаемых промышленностью биполярных интегральных микросхемах на одиночном датчике Холла, например SS41 (фирмы Honeywell) (интегральный датчик положения ротора) при напряжении питания 4,5-24 В, токе потребления 15 мА время включения составляет 1,5 мкс при магнитной индукции 15 мТл, время выключения - 1 мкс при магнитной индукции минус 14 мТл, рабочая частота - не выше 100 кГц. Для некоторых применений требуются более высокие рабочие частоты и меньше времена включения и выключения.A large number of magnetically controlled microchips have been developed, for example, with Hall sensors. In industrial bipolar integrated circuits using a single Hall sensor, for example, SS41 (Honeywell) (integrated rotor position sensor) with a supply voltage of 4.5-24 V, a consumption current of 15 mA, the on-time is 1.5 μs with a magnetic induction of 15 mT, shutdown time - 1 μs with magnetic induction minus 14 mT, operating frequency - not higher than 100 kHz. Some applications require higher operating frequencies and shorter on and off times.

Фирма Allegro MicroSystems выпускает двухдатчиковые магнитоуправляемые микросхемы типа А3046 (А3056, А3058) с расстоянием между датчиками Холла 2,23 мм. Это расстояние относительно большое и характерно для расстояния между магнитами ротора, а не для распределения поля на краю одного магнита. Сигнал с двух датчиков идет со сдвигом, который определяется расположением датчиков, размером магнитов и скоростью вращения. При напряжении питания 4,5-24 В, токе потребления 7-14 мА время включения составляет 1,5 мкс при магнитной индукции 15 мТл, время выключения - 1 мкс при магнитной индукции минус 15 мТл, рабочая частота - не выше 100 кГц. Микросхемы используются в датчиках скорости вращения зубчатых колес, в датчиках угла поворота и в датчиках момента искрообразования в автомобильной и промышленной электронике вместе с постоянным магнитом.The company Allegro MicroSystems produces dual-sensor magnetically controlled microchips type A3046 (A3056, A3058) with a distance between Hall sensors of 2.23 mm. This distance is relatively large and is characteristic of the distance between the rotor magnets, and not for the distribution of the field at the edge of one magnet. The signal from the two sensors goes with a shift, which is determined by the location of the sensors, the size of the magnets and the speed of rotation. With a supply voltage of 4.5-24 V, a consumption current of 7-14 mA, the on-time is 1.5 μs with a magnetic induction of 15 mT, the off time is 1 μs with a magnetic induction minus 15 mT, the operating frequency is not higher than 100 kHz. The microcircuits are used in sensors of speed of rotation of gears, in angle sensors of rotation and in sensors of the moment of sparking in automobile and industrial electronics together with a permanent magnet.

По сравнению с датчиками Холла магнитотранзисторы, изготовленные на пластинах кремния, обладают более высокой чувствительностью и избирательностью к направлению магнитного поля, поэтому наиболее перспективно создавать датчики для определения компонент вектора магнитной индукции на основе магнитотранзисторов.Compared to Hall sensors, magnetotransistors made on silicon wafers have a higher sensitivity and selectivity to the direction of the magnetic field; therefore, it is most promising to create sensors for determining the components of the magnetic induction vector based on magnetotransistors.

В авторском свидетельстве [2] датчик магнитного поля создан на основе биполярного магнитотранзистора в виде инжекционно-полевой однокристальной кремниевой микросхемы для использования в магнитоуправляемых датчиках положения. В составе датчика находится биполярный магнитотранзистор с двумя измерительными коллекторами и с третьим кольцевым коллектором для ограничения распространения инжектированных носителей заряда. В базу магнитотранзистора включается генератор базового тока. Для увеличения чувствительности нагрузки измерительных коллекторов выполнены на МОП транзисторах, включенных по схеме токового зеркала. Токовое зеркало обеспечивает усиление сигнала с магнитотранзистора без дополнительных каскадов усиления. Датчик не обеспечивает выполнение функции управления по порогу срабатывания при заданной величине магнитной индукции, так как выдает сигнал с измерительными параметрами, которых не достаточно для выполнения функции управленияIn the certificate of authorship [2], the magnetic field sensor was created on the basis of a bipolar magnetotransistor in the form of an injection-field single-chip silicon microcircuit for use in magnetically controlled position sensors. The sensor includes a bipolar magnetotransistor with two measuring collectors and with a third ring collector to limit the distribution of injected charge carriers. The base current generator is included in the base of the magnetotransistor. To increase the sensitivity of the load, the measuring collectors are made on MOS transistors connected according to the current mirror circuit. The current mirror provides amplification of the signal from the magnetotransistor without additional amplification stages. The sensor does not provide the control function by the threshold for a given value of magnetic induction, as it gives a signal with measuring parameters that are not enough to perform the control function

Для повышения чувствительности в патенте [3] сенсор магнитного поля создается на основе биполярного магнитотранзистора с одним эмиттером, с одним коллектором и с базовой областью в виде кармана в кремниевой подложке другого типа проводимости. Обратно смещенный p-n-переход базы и кремниевой подложки служит вторым коллекторным контактом. Эмиттерный переход должен быть мелким, не более 0,5 мкм или с малым уровнем легирования примесью, так чтобы удельное поверхностное сопротивление было больше 100 Ом/кв. Чувствительность сенсора к магнитному полю составляет приблизительно 100%/Тл. Для применения в составе интегральной схемы этот датчик не подходит из-за отсутствия изоляции от других элементов схемы, так как он влияет на другие элементы микросхемы.To increase the sensitivity in the patent [3], the magnetic field sensor is created on the basis of a bipolar magnetotransistor with one emitter, with one collector and with a base region in the form of a pocket in a silicon substrate of another type of conductivity. The reverse biased pn junction of the base and silicon substrate serves as the second collector contact. The emitter junction should be shallow, not more than 0.5 μm or with a low doping level with an impurity, so that the specific surface resistance is more than 100 Ohm / sq. The sensitivity of the sensor to a magnetic field is approximately 100% / T. For use as part of an integrated circuit, this sensor is not suitable due to the lack of isolation from other circuit elements, since it affects other elements of the microcircuit.

В патенте [4] магниточувствительный полупроводниковый прибор включает в себя электрод эмиттера и, по крайней мере, три электрода коллектора, установленные равноудаленно от электрода эмиттера. Инжектированные электродом эмиттера носители заряда мигрируют через полупроводник и экстрагируются коллекторами. Два первых электрода базы создают тянущее поле для носителей заряда при их движении от электрода эмиттера в направлении электродов коллектора. Два других электрода базы создают электрическое поле, ограничивающее боковое движение носителей заряда. Электроды коллекторов служат выходными электродами. Благодаря такой конструкции устраняются носители заряда, не нужные для обнаружения магнитного поля, и обеспечивается превосходная магниточувствительность прибора. Датчик не обеспечивает выполнение функции управления по порогу срабатывания при заданной величине магнитной индукции.In the patent [4], a magnetically sensitive semiconductor device includes an emitter electrode and at least three collector electrodes mounted equidistant from the emitter electrode. The charge carriers injected by the emitter electrode migrate through the semiconductor and are extracted by the collectors. The first two base electrodes create a pulling field for charge carriers as they move from the emitter electrode in the direction of the collector electrodes. The other two base electrodes create an electric field that limits the lateral movement of charge carriers. Collector electrodes serve as output electrodes. Thanks to this design, charge carriers that are not necessary for detecting a magnetic field are eliminated, and an excellent magnetosensitivity of the device is ensured. The sensor does not provide a control function by the threshold for a given value of magnetic induction.

В [5] патентуется конструкция коллектора магнитотранзистора и метод его изготовления. Часть полупроводниковой подложки легируется, чтобы сформировать область базы. В области базы легированием формируются область эмиттера и область коллектора таким образом, чтобы область коллектора окружила область эмиттера. 16 контактов к коллектору сформированы симметрично в области коллектора. При трехмерном измерении магнитного поля используются 4 пары расщепленных контактов коллектора магнитотранзистора. Около эмиттера имеются дополнительно легированные области базы, разделяющие потоки инжектированных носителей заряда. Большое количество контактов к коллектору позволяет регистрировать три компоненты магнитного поля при сравнении потенциалов контактов. Датчик не обеспечивает выполнение функции управления по порогу срабатывания при заданной величине магнитной индукции.In [5], the design of a magnetotransistor collector and a method for its manufacture are patented. A portion of the semiconductor substrate is doped to form a base region. An emitter region and a collector region are formed in the base region by doping so that the collector region surrounds the emitter region. 16 contacts to the collector are formed symmetrically in the area of the collector. In the three-dimensional measurement of the magnetic field, 4 pairs of split contacts of the magnetotransistor collector are used. Near the emitter there are additionally doped base regions that separate the flows of injected charge carriers. A large number of contacts to the collector allows you to register three components of the magnetic field when comparing the potentials of the contacts. The sensor does not provide a control function by the threshold for a given value of magnetic induction.

В работе [6] сообщается о КМОП микросистеме с латеральным биполярным магнитотранзистором. Эта система в комбинации с постоянным магнитом является ключевым элементом для точных угловых бесконтактных измерений и используется для контроля угловых систем управления в автоматике и индустриальных применениях. Интегрированная система включает двумерный магнитный микродатчик; интерфейс, устанавливающий рабочую точку магнитотранзистора; схему компенсации начального разбаланса; формирователь сигнала; аналого-цифровой преобразователь. На выходе системы обеспечивается цифровое представление углового положения. Цифровой блок выполняет линеаризацию и калибровку цифрового сигнала, обнаружение квадранта и компенсацию посредством последовательного алгоритма приближения начального разбаланса, достигающего 200 мТл. Система имеет угловое разрешение 1 градус в поле постоянного магнита 100 мТл. Датчик не нашел применения из-за большого начального разбаланса напряжений коллекторов.In [6], a CMOS microsystem with a lateral bipolar magnetotransistor was reported. This system in combination with a permanent magnet is a key element for accurate angular non-contact measurements and is used to control angular control systems in automation and industrial applications. The integrated system includes a two-dimensional magnetic microsensor; an interface that sets the operating point of the magnetotransistor; compensation scheme for the initial unbalance; signal conditioner; analog-to-digital converter. At the system output, a digital representation of the angular position is provided. The digital unit performs linearization and calibration of the digital signal, quadrant detection and compensation through a sequential algorithm for approximating the initial unbalance, reaching 200 mT. The system has an angular resolution of 1 degree in the field of a permanent magnet of 100 mT. The sensor was not used due to the large initial unbalance in the collector voltages.

В патенте [7] предлагается МОП микросистема в виде триггера на 4 транзисторах с переключением логических состояний с помощью МОП датчика Холла. МОП датчики Холла имеют высокий уровень шумов и не позволяют работать при малых магнитных полях.The patent [7] proposes a MOS microsystem in the form of a trigger on 4 transistors with switching of logical states using a MOS Hall sensor. MOS Hall sensors have a high noise level and do not allow operation at low magnetic fields.

В патенте на изобретение [8] описан интегральный токомагнитный датчик на основе биполярного магнитотранзистора с определенным соотношением размеров эмиттера и коллекторов. Коллекторы соединяются через сопротивления с одним полюсом источника питания и с контактами к базе через сопротивления, задающие ток базы. Рабочий ток задается сопротивлением через контакты к карману от одного полюса источника питания. Контакты к подложке и эмиттер соединены с другим полюсом источника питания. Сопротивления выполнены из поликристаллического кремния в составе датчика. Эти особенности датчика уменьшают начальную разницу напряжений на коллекторах магнитотранзистора без магнитного поля. Интегральный токомагнитный датчик на основе биполярного магнитотранзистора имеет малый начальный разбаланс напряжений коллекторов, но имеет выходной сигнал в виде разницы напряжений между коллекторами двухколлекторного магнитотранзистора, т.е. в аналоговом виде. Датчик не обеспечивает выполнение функции управления по порогу срабатывания при заданной величине магнитной индукции. Интегральный токомагнитный датчик на основе биполярного магнитотранзистора является преобразователем магнитного поля в интегральном градиентном магнитотранзисторном датчике.The patent for the invention [8] describes an integrated tokomagnetic sensor based on a bipolar magnetotransistor with a certain ratio of the sizes of the emitter and collectors. The collectors are connected through resistances to one pole of the power source and to the contacts to the base through resistances that specify the base current. The working current is set by the resistance through the contacts to the pocket from one pole of the power source. The contacts to the substrate and the emitter are connected to the other pole of the power source. Resistance is made of polycrystalline silicon as part of the sensor. These features of the sensor reduce the initial voltage difference across the collectors of a magnetotransistor without a magnetic field. An integrated current-magnetic sensor based on a bipolar magnetotransistor has a small initial voltage imbalance of the collectors, but has an output signal in the form of a voltage difference between the collectors of a two-collector magnetotransistor, i.e. in analog form. The sensor does not provide a control function by the threshold for a given value of magnetic induction. An integrated current-magnetic sensor based on a bipolar magnetotransistor is a magnetic field transducer in an integrated gradient magnetotransistor sensor.

В патенте [9] предлагается схема источника тока с дополнительным токовым зеркалом с током противоположной полярности. Эта схема построена на комплементарных МОП транзисторах. Схема включает в себя первое токовое зеркало на p-МОП транзисторах с калиброванным источником тока, инвертирующий каскад, создающий ток обратной полярности, включающий в себя второе токовое зеркало на n-МОП транзисторах и источник с переменной величиной тока, который необходимо контролировать, элемент памяти для записи контролируемой величины тока, элемент сравнения токов, который обеспечивает поддержание постоянной величины контролируемого тока. Схема предназначена для сравнения двух токов и поддержания величины рабочего тока, но не обеспечивает получение импульсного выходного сигнала при наличии определенной разницы токов в двух цепях. Датчик не содержит магниточувствительных элементов. Патент [11] является прототипом.In the patent [9], a current source circuit with an additional current mirror with a current of opposite polarity is proposed. This circuit is built on complementary MOS transistors. The circuit includes a first current mirror on p-MOS transistors with a calibrated current source, an inverting cascade that creates a current of reverse polarity, including a second current mirror on n-MOS transistors and a source with a variable current value, which must be controlled, a memory element for recording a controlled current value, a current comparison element that maintains a constant value of the controlled current. The circuit is designed to compare two currents and maintain the magnitude of the operating current, but does not provide a pulse output signal in the presence of a certain difference in currents in the two circuits. The sensor does not contain magnetically sensitive elements. The patent [11] is a prototype.

Для того чтобы получить выходной сигнал в виде импульсов включения/выключения тока статора электродвигателя необходимо построить интегрированную микросистему. В систему входят два интегральных токомагнитных датчика на основе биполярного n-p-n магнитотранзистора; две пары p-МОП транзисторов коллекторной нагрузки, включенных по схеме токового зеркала и устанавливающих рабочую точку магнитотранзисторов; инверторы для управления триггером и согласующие уровни напряжения токомагнитных датчиков на основе биполярного магнитотранзистора и входных напряжений триггера, RS-триггер на КМОП транзисторах, выходной каскад на КМОП транзисторах.In order to obtain an output signal in the form of pulses of on / off current of the stator current of an electric motor, it is necessary to build an integrated microsystem. The system includes two integrated current-magnetic sensors based on a bipolar n-p-n magnetotransistor; two pairs of p-MOSFETs of collector load transistors connected according to the current mirror circuit and setting the operating point of magnetotransistors; inverters for controlling the trigger and matching voltage levels of current-magnetic sensors based on a bipolar magnetotransistor and trigger input voltages, RS-trigger on CMOS transistors, output stage on CMOS transistors.

Техническая задача предполагаемого изобретения - создание упрощенного схемо-технического решения датчиков градиента магнитного поля магнитоуправляемых интегральных микросхем на основе магнитотранзисторов.The technical task of the alleged invention is the creation of a simplified circuit-technical solution of the magnetic field gradient sensors of magnetically controlled integrated circuits based on magnetotransistors.

Техническая задача изобретения решается тем, что интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик содержит два чувствительных элемента, два усилителя, выполненных в виде двух токовых зеркал на МОП транзисторах, и схему сравнения с двумя входами. Чувствительные элементы с усилителями выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии L друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков. Это упрощает реализацию схемотехнического решения датчика градиента магнитного поля, что уменьшает размеры его кристалла. Каждый из указанных датчиков связан через токовое зеркало, выполняющее функцию нагрузки, и выход токового зеркала с входом соответствующего КМОП инвертора согласования уровня сигналов токомагнитных датчиков и входных напряжений на соответствующих входах схемы сравнения, содержащей RS-триггер и выходной каскад, один из выходов RS-триггера соединен с выходным КМОП каскадом. Такое схемное выполнение интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика позволяет снизить его потребляемую мощность.The technical problem of the invention is solved in that the integrated gradient magnetotransistor sensor contains two sensing elements, two amplifiers, made in the form of two current mirrors on MOS transistors, and a comparison circuit with two inputs. Sensitive elements with amplifiers are made in the form of integrated current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located at a constant distance L from each other, with the possibility of determining the gradient of the magnetic field distribution by the difference of the signals from the sensors. This simplifies the implementation of the circuitry of the magnetic field gradient sensor, which reduces the size of its crystal. Each of these sensors is connected through the current mirror, which performs the function of the load, and the output of the current mirror with the input of the corresponding CMOS inverter matching the signal level of the current-magnetic sensors and input voltages at the corresponding inputs of the comparison circuit containing the RS-trigger and the output stage, one of the outputs of the RS-trigger connected to the output CMOS cascade. Such a circuit design of an integrated gradient magnetotransistor sensor can reduce its power consumption.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик на выходе имеет мощный КМОП инвертор и выходной каскад управляет напряжением на затворах p-МОП и n-МОП транзисторов мощного КМОП инвертора. Это расширяет функциональные возможности, так как позволяет подавать сигнал управления через длинную линию связи, например, на вход управляющего устройства.The integrated gradient magnetotransistor sensor at the output has a powerful CMOS inverter and the output stage controls the voltage at the p-MOS and n-MOS transistors of the high-power CMOS inverter. This extends the functionality, as it allows you to apply a control signal through a long communication line, for example, to the input of the control device.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик на выходе имеет мощный p-МОП транзистор или n-МОП транзистор с открытым стоком и выходной каскад КМОП, подключенный на затвор мощного МОП транзистора. Это расширяет функциональные возможности путем генерирования и подачи сигнала управления на исполнительные устройства.The integral gradient magnetotransistor sensor at the output has a powerful p-MOS transistor or an open-drain n-MOS transistor and a CMOS output stage connected to the gate of a powerful MOS transistor. This extends the functionality by generating and supplying a control signal to the actuators.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик содержит два чувствительных элемента, два усилителя, в виде двух токовых зеркал на МОП транзисторах, причем чувствительные элементы выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков, каждый из которых связан через токовое зеркало, выполняющее функцию нагрузки, с выходом датчика. Выход датчика соединен с входом или затвором p-МОП и/или n-МОП транзисторов с открытым стоком. Это позволяет упростить схемотехническое решение датчика и исполнительного устройства при больших напряженностях магнитного поля (в пять раз и выше, чем при работе ранее описанного датчика).The integral gradient magnetotransistor sensor contains two sensing elements, two amplifiers, in the form of two current mirrors on MOS transistors, the sensitive elements being made as integral current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located at a constant distance from each other, with the possibility of determining the gradient of the magnetic field distribution by the difference of signals from the sensors, each of which is connected through the current mirror, which performs the function of the load, with the output of the sensor. The output of the sensor is connected to the input or gate of the p-MOS and / or n-MOS transistors with open drain. This allows us to simplify the circuitry of the sensor and actuator at high magnetic fields (five times or more than when the previously described sensor).

Общим техническим эффектом является возможность точного измерения и определения максимальной величины градиента магнитного поля, что дает увеличение точности измерения положения магнитов ротора электрической машины и получение сигнала управления током статора с наименьшими временными искажениями выходного сигнала для включения тока статора относительно положения магнитов ротора, что повышает КПД электродвигателя и его бесперебойную работу.A common technical effect is the ability to accurately measure and determine the maximum value of the magnetic field gradient, which gives an increase in the accuracy of measuring the position of the rotor magnets of the electric machine and receiving a stator current control signal with the least time distortion of the output signal to turn on the stator current relative to the position of the rotor magnets, which increases the motor efficiency and its smooth operation.

На фиг.1 показан график распределения индукции магнитного поля В на расстоянии D около двух магнитов ротора с радиальным намагничением.Figure 1 shows a graph of the distribution of the induction of the magnetic field B at a distance D of about two radial magnetization rotor magnets.

На фиг.2 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика.Figure 2 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor.

На фиг.3 представлена электрическая схема согласующего инвертора.Figure 3 presents the electrical circuit matching inverter.

На фиг.4 дана временная зависимость выходного напряжения КМОП инвертора.Figure 4 shows the time dependence of the output voltage of the CMOS inverter.

На фиг.5 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на МОП транзисторах с открытым стоком.Figure 5 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with an output to MOS transistors with open drain.

На фиг.6 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на КМОП транзисторах.Figure 6 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with output on CMOS transistors.

На фиг.7 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на МОП транзисторах с открытым стоком при управлении согласующим инвертором.Figure 7 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with an output to MOS transistors with open drain when controlling a matching inverter.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик на фиг.2 содержит два чувствительных элемента 1 и 2 и два усилителя в виде двух токовых зеркал 3 и 4 на p-МОП транзисторах, включенных в нагрузку чувствительных элементов 1 и 2. Чувствительные элементы 1 и 2 выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии L друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков. Это упрощает реализацию схемотехнического решения датчика градиента магнитного поля и уменьшает размеры его кристалла, так как позволяет расположить чувствительные элементы на минимальном расстоянии. Каждый из указанных датчиков 1 и 2 связан с входом соответствующего КМОП инвертора 5 и 6, которые согласуют уровни сигналов интегральных токомагнитных датчиков и входных напряжений на соответствующих входах схемы сравнения, содержащей RS-триггер 7. Один из выходов RS-триггера 7 соединен с выходным КМОП каскадом 8. Выходной сигнал вырабатывается на выходе 9.The integrated gradient magnetotransistor sensor in figure 2 contains two sensing elements 1 and 2 and two amplifiers in the form of two current mirrors 3 and 4 on p-MOS transistors included in the load of the sensing elements 1 and 2. Sensitive elements 1 and 2 are made in the form of integral current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located at a constant distance L from each other, with the possibility of determining the gradient of the distribution of the magnetic field from the difference of the signals from the sensors. This simplifies the implementation of the circuitry of the magnetic field gradient sensor and reduces the size of its crystal, since it allows you to arrange sensitive elements at a minimum distance. Each of these sensors 1 and 2 is connected to the input of the corresponding CMOS inverter 5 and 6, which match the signal levels of integrated current-magnetic sensors and input voltages at the corresponding inputs of the comparison circuit containing the RS trigger 7. One of the outputs of the RS trigger 7 is connected to the output CMOS cascade 8. The output signal is generated at output 9.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик на выходе датчика имеет мощный p-МОП транзистор или n-МОП транзистор с открытым стоком и выходной КМОП каскад 8 подключается на затвор МОП транзисторов (фиг.5). Это при обеспечении простоты схемотехнического решения расширяет функциональные возможности путем подачи сигнала управления на исполнительные устройства.The integrated gradient magnetotransistor sensor at the output of the sensor has a powerful p-MOS transistor or n-MOS transistor with an open drain and the output CMOS stage 8 is connected to the gate of the MOS transistors (Fig. 5). This, while ensuring the simplicity of the circuitry solution, expands the functionality by supplying a control signal to the actuators.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик может иметь на выходе датчика мощный КМОП инвертор (фиг.6). Выходной каскад 8 с выхода 9 управляет напряжением на затворах p-МОП и n-МОП транзисторов мощного КМОП инвертора. Это расширяет функциональные возможности путем подачи сигнала управления через длинную линию связи, например, на вход управляющего устройства.The integrated gradient magnetotransistor sensor may have a powerful CMOS inverter at the output of the sensor (Fig.6). The output stage 8 from output 9 controls the voltage at the gates of the p-MOS and n-MOS transistors of a powerful CMOS inverter. This extends the functionality by supplying a control signal through a long communication line, for example, to the input of the control device.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик содержит два чувствительных элемента, два усилителя, выполненных в виде двух токовых зеркал на МОП транзисторах, причем чувствительные элементы выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков, каждый из которых связан через токовые зеркала, выполняющие функцию нагрузки и через согласующие инверторы 5 и 6 с выходом датчика, а выход датчика соединен со входом или затвором p-МОП и/или n-МОП транзисторов с открытым стоком (фиг.7). Это при любом указанном соединении выхода датчика с управлением указанными транзисторами позволяет упростить схемотехническое решение датчика и исполнительного устройства при больших напряженностях магнитного поля (большего в пять раз и выше, чем при работе ранее описанного датчика).The integral gradient magnetotransistor sensor contains two sensing elements, two amplifiers made in the form of two current mirrors on MOS transistors, and the sensitive elements are made in the form of integrated current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located at a constant distance from each other, with the possibility of determining the magnetic distribution gradient fields according to the difference of signals from sensors, each of which is connected through current mirrors that perform the function of the load and through adjacent inverters 5 and 6 with the output of the sensor, and the output of the sensor is connected to the input or gate of the p-MOS and / or n-MOS transistors with open drain (Fig. 7). This, for any specified connection of the sensor output with the control of the indicated transistors, allows simplifying the circuitry of the sensor and actuator at high magnetic field strengths (five times greater and higher than when the previously described sensor is working).

Распределение вдоль оси «D» магнитной индукции «В» на расстоянии D около двух радиальных магнитов «SN» на фиг.1 показывает, что максимальное значение магнитной индукции В магнитного поля находится напротив середины магнитов. Между магнитами вектор индукции направлен в другую сторону, а около края магнита магнитная индукция принимает нулевое значение. Для работы электродвигателя с круговой частотой «ω» важно фиксировать момент прохождения краев магнитов для подачи тока в обмотки статора в необходимый момент. В этих точках имеется максимальный градиент магнитного поля, тогда как при максимальной индукции градиент нулевой. Кроме того, около края магнита происходит смена полярности индукции. Для измерения момента прохождения края магнита датчик магнитного поля должен быть градиентным, т.е. фиксировать разность величин магнитного поля на расстоянии «L», что достигается установкой в интегральном градиентном магнитном датчике (ИГМД) на этом расстоянии двух магнитотранзисторов, условно показанных в верхней части фиг.1 и обозначенных как ИГМД. Схема считывания сигнала с датчиков должна с большой скоростью зафиксировать максимальную разницу показаний между транзисторами. В этой точке происходит включение, т.е. образование фронта импульса управления.The distribution along the axis "D" of the magnetic induction "B" at a distance D of about two radial magnets "SN" in figure 1 shows that the maximum value of the magnetic induction B of the magnetic field is opposite the middle of the magnets. Between the magnets, the induction vector is directed in the opposite direction, and near the edge of the magnet, the magnetic induction takes a zero value. For operation of the electric motor with a circular frequency "ω" it is important to fix the moment of passage of the edges of the magnets to supply current to the stator windings at the right time. At these points there is a maximum gradient of the magnetic field, while at maximum induction the gradient is zero. In addition, the polarity of induction changes near the edge of the magnet. To measure the moment of passage of the edge of the magnet, the magnetic field sensor must be gradient, i.e. to fix the difference in the magnitude of the magnetic field at a distance of "L", which is achieved by installing in the integrated gradient magnetic sensor (IGMD) at this distance two magnetotransistors, conventionally shown in the upper part of figure 1 and designated as IGMD. The sensor readout circuit should record the maximum difference between the transistors at high speed. At this point, the inclusion occurs, i.e. formation of the front of the control pulse.

Электрическая схема согласующих инверторов 5 и 6 представлена на фиг.1 и 3. Постоянное напряжение на выходе токовых зеркал меньше напряжения питания Епит на величину порогового напряжения транзисторов токового зеркала. Рабочие уровни напряжения на КМОП схемах в двух состояниях равны напряжениям Епит или общей точки «Общ». Согласование уровней напряжения на выходе токового зеркала 3, токового зеркала 4 и на входах КМОП RS-триггера 7 проводится инвертором 13, у которого между входом 10 и выходом 11 имеется КМОП ключ 12. Постоянное напряжение на входе и выходе согласующих инверторов 5 и 6 равно примерно половине напряжения между Епит и Общ.The electrical circuit of the matching inverters 5 and 6 is shown in FIGS. 1 and 3. The constant voltage at the output of the current mirrors is less than the supply voltage Epit by the threshold voltage of the current mirror transistors. The operating voltage levels on CMOS circuits in two states are equal to the voltages Epit or the common point “Common”. The coordination of the voltage levels at the output of the current mirror 3, current mirror 4 and at the CMOS inputs of the RS flip-flop 7 is carried out by an inverter 13, which has a CMOS key 12 between the input 10 and the output 11. The constant voltage at the input and output of the matching inverters 5 and 6 is approximately half the tension between Epitus and Tot.

На фиг.4 приведена временная диаграмма работы конкретного варианта схемы. Напряжение на выходе токового зеркала 3 «V1», напряжение на выходе токового зеркала 4 «F3» и напряжение на выходном каскаде «V2» получены на частоте 2,5 МГц и дают задержку по времени включения и выключения порядка 50 нс. Напряжение питания 3 В и ток потребления 2,5 мА. Таким образом, интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик обеспечивает преобразование магнитного поля на высоких частотах работы и обеспечивает наименьшие временные искажения сигнала для включения тока статора относительно положения магнитов ротора, что повышает КПД электродвигателя и его бесперебойную работу при запуске и в мертвом положении при значительном снижении энергетических затрат по сравнению с серийными биполярными магнитоуправляемыми интегральными схемами.Figure 4 shows the timing diagram of a particular embodiment of the circuit. The voltage at the output of the current mirror 3 "V1", the voltage at the output of the current mirror 4 "F3" and the voltage at the output stage "V2" were obtained at a frequency of 2.5 MHz and give a delay time of on and off of about 50 ns. Supply voltage 3 V and current consumption 2.5 mA. Thus, the integrated gradient magnetotransistor sensor provides magnetic field conversion at high operating frequencies and provides the smallest temporary signal distortion to turn on the stator current relative to the position of the rotor magnets, which increases the efficiency of the electric motor and its uninterrupted operation at start-up and in the dead position with a significant reduction in energy costs compared to serial bipolar magnetically controlled integrated circuits.

На фиг.5 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на МОП транзисторах с открытым стоком. При работе с электродвигателями выход 9 интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика может включаться непосредственно на обмотку статора, которая служит нагрузкой 14 для мощного p-МОП транзистора 15 с открытым стоком, подключенного к отрицательному полюсу источника питания «-Епит» или служит нагрузкой 16 для мощного n-МОП транзистора 17 с открытым стоком, подключенного к положительному полюсу источника питания «+Eпит».Figure 5 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with an output to MOS transistors with open drain. When working with electric motors, the output 9 of an integrated gradient magnetotransistor sensor can be connected directly to the stator winding, which serves as a load 14 for a high-power p-MOS transistor 15 with an open drain connected to the negative pole of the “-Epit” power source or serves as a load 16 for a powerful n- MOS transistor 17 with open drain connected to the positive pole of the power supply + EPIT.

На фиг.6 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на КМОП транзисторах. При работе с электродвигателями управляемыми от микропроцессора выходной каскад 8 КМОП подключается выходом 9 интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика на обмотку статора через микропроцессор. В этом случае датчик должен иметь выход в виде мощного КМОП инвертора, состоящего из мощного p-МОП транзистора 18 и мощного n-МОП транзистора 19.Figure 6 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with output on CMOS transistors. When working with electric motors controlled by a microprocessor, the output stage 8 of the CMOS is connected by the output 9 of the integrated gradient magnetotransistor sensor to the stator winding through the microprocessor. In this case, the sensor should have an output in the form of a powerful CMOS inverter, consisting of a powerful p-MOS transistor 18 and a powerful n-MOS transistor 19.

На фиг.7 представлена электрическая схема интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика с выходом на МОП транзисторах с открытым стоком, управляемых согласующим инвертором. В сильных магнитных полях высокий уровень сигнала с токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов позволяет, например, включать согласующие инверторы 5 и 6 непосредственно на затворы мощного p-МОП транзистора 20 с открытым стоком, подключенного к отрицательному полюсу источника питания через сопротивление 21 обмотки статора на «-Епит» или мощного n-МОП транзистора с открытым стоком 22, подключенного через сопротивление 23 обмотки статора к положительному полюсу источника питания «+Eпит».Figure 7 presents the electrical circuit of an integrated gradient magnetotransistor sensor with an output to MOS transistors with open drain controlled by a matching inverter. In strong magnetic fields, a high level of the signal from tocomagnetic sensors based on bipolar magnetotransistors allows, for example, to include matching inverters 5 and 6 directly to the gates of a powerful open-drain p-MOS transistor 20 connected to the negative pole of the power supply through the resistance 21 of the stator winding to -Epit ”or a powerful open-drain n-MOS transistor 22 connected through the resistance 23 of the stator winding to the positive pole of the“ + Epit ”power source.

Работа интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика происходит следующим образом. Вблизи точки нулевого магнитного поля, имеющей переход от положительного направления магнитной индукции к отрицательному фиксируется градиент магнитного поля по разности показаний двух датчиков, на каждый из которых воздействует вполне определенная величина магнитного поля. Разница значений напряжения на выходе датчиков имеет в этой точке максимальное значение. Включение выходных сигналов противоположной полярности на противоположные плечи триггера переключает триггер и дает фронт импульса на выходе. При одинаковой полярности магнитного поля на датчиках градиент меньше, переключение не происходит и сохраняется прежнее состояние триггера. Переход к другому краю магнита изменяет полярность сигналов токовых ключей и триггер переключается в обратном направлении и выдает сигнал обратного переключения в виде фронта импульса.The operation of the integrated gradient magnetotransistor sensor is as follows. Near the point of zero magnetic field, which has a transition from the positive direction of magnetic induction to the negative, the magnetic field gradient is fixed by the difference in the readings of two sensors, each of which is affected by a well-defined value of the magnetic field. The difference between the voltage values at the output of the sensors has a maximum value at this point. Turning on the output signals of opposite polarity on the opposite shoulders of the trigger switches the trigger and gives a pulse front at the output. With the same polarity of the magnetic field on the sensors, the gradient is less, switching does not occur and the previous state of the trigger is maintained. The transition to the other edge of the magnet changes the polarity of the current switch signals and the trigger switches in the opposite direction and generates a reverse switching signal in the form of a pulse front.

Изготовление интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика проводится по технологии КМОП БИС, которая в настоящее время является основной для изготовления изделий микроэлектроники. Сопротивления изготавливаются из пленки поликристаллического кремния.The manufacture of an integrated gradient magnetotransistor sensor is carried out according to the CMOS BIS technology, which is currently the main one for the manufacture of microelectronics products. Resistance is made of polycrystalline silicon film.

В интегральном градиентном магнитотранзисторном датчике принят принцип измерения разности величин напряжений на двух интегральных магнитотранзисторных датчиках с выработкой на RS-триггере сигнала управления выходного тока. Это обеспечивает получение высокой точности результата измерений момента прохождения края магнита ротора около датчика и выработку сигнала управления током, например, статора бесколлекторного электродвигателя постоянного тока. За счет этого повышается коэффициент полезного действия и бесперебойность работы при запуске и в мертвом положении.In the integrated gradient magnetotransistor sensor, the principle of measuring the voltage difference across two integrated magnetotransistor sensors with the generation of an output current control signal on the RS-trigger is adopted. This ensures high accuracy of the measurement result of the passage of the edge of the rotor magnet near the sensor and the generation of a current control signal, for example, a stator of a brushless DC motor. Due to this, the efficiency and uninterrupted operation at startup and in the dead position are increased.

Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик на основе биполярного магнитотранзистора позволяет сократить расстояние между двумя магнитотранзисторами до 100 мкм, повысить разрешающую способность и увеличить чувствительность к распределению магнитного поля на краю магнита как за счет собственной высокой чувствительности датчика, так и за счет усиления сигнала на токовом зеркале. КМОП транзисторы по сравнению с биполярными позволяют уменьшить потери мощности за счет уменьшения падения напряжения на открытых МОП транзисторах. Магнитотранзисторы позволяют за счет большей чувствительности и избирательности к направлению магнитной индукции по сравнению с датчиками Холла уменьшить значение магнитной индукции, при которой происходит срабатывание и формируется фронт выходного импульса. Градиентный режим работы интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика позволяет более точно устанавливать момент прохождения края магнита и повышать за счет этого КПД двигателя, а также является универсальным техническим решением для включения интегрального градиентного магнитотранзисторного датчика в системы электропривода разного уровня мощности при обеспечении малых габаритов и потребления энергии, благодаря микроэлектронному исполнению на основе магнитотранзистора и КМОП схем.An integrated gradient magnetotransistor sensor based on a bipolar magnetotransistor can reduce the distance between two magnetotransistors to 100 μm, increase the resolution and increase the sensitivity to the distribution of the magnetic field at the edge of the magnet due to its own high sensitivity of the sensor and due to the amplification of the signal on the current mirror. Compared to bipolar CMOS transistors, power losses can be reduced by reducing the voltage drop across open MOS transistors. Magnetotransistors allow, due to greater sensitivity and selectivity to the direction of magnetic induction in comparison with Hall sensors, to reduce the value of magnetic induction at which the operation occurs and the front of the output pulse is formed. The gradient mode of operation of the integral gradient magnetotransistor sensor allows you to more accurately establish the moment of passage of the magnet edge and thereby increase the motor efficiency, and is also a universal technical solution for incorporating the integral gradient magnetotransistor sensor into electric drive systems of different power levels while ensuring small dimensions and energy consumption, thanks to microelectronic performance based on a magnetotransistor and CMOS circuits.

Используемые источникиSources used

1. Бараночников М.Л. / Микромагнитоэлектроника // Москва, ДМК Пресс, 2001 г.1. Baranochnikov M.L. / Micromagnetoelectronics // Moscow, DMK Press, 2001

2. Е.И.Андреев, Т.В.Персиянов, Ю.Н.Смирнова / Датчик магнитного поля // Авторское свидетельство СССР SU 1461324, 09.02.1987.2. E.I. Andreev, T.V. Persianov, Yu.N. Smirnova / Magnetic field sensor // USSR Author Certificate SU 1461324, 02/09/1987.

3. Popovic R.S., Baltes H.P. / Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor // Патент US 4700211, 13 октября 1987 г.3. Popovic R.S., Baltes H.P. / Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor // Patent US 4700211, October 13, 1987.

4. Nakamura Т., Kikuchi S. / Magnetically sensitive semiconductor device // Патент US 5099298, 7 мая 1992 г.4. Nakamura, T., Kikuchi S. / Magnetically sensitive semiconductor device // Patent US 5099298, May 7, 1992.

5. Ristic L. / Collector arrangement for magnetotransistor // Патент US 5323050, 21 июня 1994 г.5. Ristic L. / Collector arrangement for magnetotransistor // Patent US 5323050, June 21, 1994

6. А.Нäbеrli, М.Schneider, P.Malcovati, R.Castagnetti, F.Maloberti, H.Baltes / 2D Magnetic Microsensor with On-Chip Signal Processing for Contactless Angle Measurement // IEEE Journal of Solid-State Circuits, 31, pp.1902-1907, 1996.6. A. Näberli, M. Schneider, P. Malcovati, R. Castagnetti, F. Maloberti, H. Baltes / 2D Magnetic Microsensor with On-Chip Signal Processing for Contactless Angle Measurement // IEEE Journal of Solid-State Circuits, 31 , pp. 1902-1907, 1996.

7. Baranochnikov M.L., Krasnikov G.Ya., Mordkovich V.N., Prikhodko P.S., Mikhailov V.A. / Magnetically controlled logic sell // Патент US 5742080, 21 апреля 1998 г.7. Baranochnikov M.L., Krasnikov G.Ya., Mordkovich V.N., Prikhodko P.S., Mikhailov V.A. / Magnetically controlled logic sell // Patent US 5742080, April 21, 1998.

8. Поломошнов С.А., Тихонов Р.Д., Козлов А.В., Красюков А.Ю. / Интегральный токомагнитный датчик на основе биполярного магнитотранзистора // Заявка на изобретение №2008137269 от 18.09.2008. Патент РФ №2387046 от 20.04.2010.8. Polomoshnov S.A., Tikhonov R.D., Kozlov A.V., Krasyukov A.Yu. / Integrated current-magnetic sensor based on a bipolar magnetotransistor // Application for invention No. 2008137269 from 09/18/2008. RF patent No. 2387046 dated 04/20/2010.

9. Rossi D., Ermes V., Torelli G., Maloberti F., Vacchi C. / Current source circuit with complementary current mirrors // Патент US 4994730, 19 февраля 1991 г. - прототип.9. Rossi D., Ermes V., Torelli G., Maloberti F., Vacchi C. / Current source circuit with complementary current mirrors // Patent US 4994730, February 19, 1991 - prototype.

Claims (4)

1. Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик, содержащий два чувствительных элемента, два усилителя, в виде двух токовых зеркал на МОП транзисторах, и схему сравнения с двумя входами, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков, каждый из которых связан через токовое зеркало, выполняющее функцию нагрузки, и выход токового зеркала с входом соответствующего КМОП инвертора согласования уровня сигналов токомагнитных датчиков и входных напряжений на соответствующем входе схемы сравнения, содержащей RS триггер и выходной каскад, один из выходов RS триггера соединен с выходным КМОП каскадом.1. An integrated gradient magnetotransistor sensor containing two sensitive elements, two amplifiers, in the form of two current mirrors on MOS transistors, and a comparison circuit with two inputs, characterized in that the sensitive elements are made in the form of integrated current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located on a constant distance from each other, with the possibility of determining the gradient of the distribution of the magnetic field from the difference of the signals from the sensors, each of which is connected through a current mirror, in performing the load function, and the output of the current mirror with the input of the corresponding CMOS inverter matching the signal level of the current-magnetic sensors and input voltages at the corresponding input of the comparison circuit containing the RS trigger and the output stage, one of the outputs of the RS trigger is connected to the output CMOS stage. 2. Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик по п.1, отличающийся тем, что на выходе датчика имеется мощный КМОП инвертор, и выходной каскад выполнен с возможностью управления напряжением на затворах p-МОП и n-МОП транзисторов мощного КМОП инвертора.2. The integrated gradient magnetotransistor sensor according to claim 1, characterized in that the sensor output has a powerful CMOS inverter, and the output stage is configured to control the voltage at the p-MOS and n-MOS transistors of the high-power CMOS inverter. 3. Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик по п.1, отличающийся тем, что на выходе датчика имеется мощный p-МОП транзистор или n-МОП транзистор с открытым стоком, и выходной КМОП каскад подключается на затвор МОП транзисторов.3. The integrated gradient magnetotransistor sensor according to claim 1, characterized in that the output of the sensor has a powerful p-MOS transistor or n-MOS transistor with an open drain, and the output CMOS cascade is connected to the gate of the MOS transistors. 4. Интегральный градиентный магнитотранзисторный датчик, содержащий два чувствительных элемента, два усилителя, в виде двух токовых зеркал на МОП транзисторах, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде интегральных токомагнитных датчиков на основе биполярных магнитотранзисторов, расположенных на постоянном расстоянии друг от друга, с возможностью определения градиента распределения магнитного поля по разности сигналов с датчиков, каждый из которых связан через усилитель, выполняющий функцию нагрузки, с выходом датчика, выход датчика соединен со входом или затвором p-МОП и/или n-МОП транзисторов с открытым стоком. 4. An integrated gradient magnetotransistor sensor containing two sensing elements, two amplifiers, in the form of two current mirrors on MOS transistors, characterized in that the sensitive elements are made in the form of integrated current-magnetic sensors based on bipolar magnetotransistors located at a constant distance from each other, s the ability to determine the gradient of the distribution of the magnetic field from the difference of the signals from the sensors, each of which is connected through an amplifier that performs the function of the load, with the output sensor, the output of the sensor is connected to the input or gate of the p-MOS and / or n-MOS transistors with open drain.
RU2010120027/28A 2010-05-20 2010-05-20 Integrated gradient magnetic transistorised sensor RU2453947C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120027/28A RU2453947C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Integrated gradient magnetic transistorised sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010120027/28A RU2453947C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Integrated gradient magnetic transistorised sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010120027A RU2010120027A (en) 2011-11-27
RU2453947C2 true RU2453947C2 (en) 2012-06-20

Family

ID=45317577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010120027/28A RU2453947C2 (en) 2010-05-20 2010-05-20 Integrated gradient magnetic transistorised sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453947C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9515198B1 (en) 2015-12-11 2016-12-06 International Business Machines Corporation Magnetic-field and magnetic-field gradient sensors based on lateral SOI bipolar transistors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994730A (en) * 1988-12-16 1991-02-19 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Current source circuit with complementary current mirrors
US5742080A (en) * 1994-01-14 1998-04-21 Aktsionernoe Obschestvo Vl Magnetically controlled logic cell
RU2204144C2 (en) * 2001-04-23 2003-05-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Integrated bipolar magnetotransistor
RU2387046C1 (en) * 2008-09-18 2010-04-20 Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) Integral electromagnetic transducer built around bipolar magnetic transistor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994730A (en) * 1988-12-16 1991-02-19 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Current source circuit with complementary current mirrors
US5742080A (en) * 1994-01-14 1998-04-21 Aktsionernoe Obschestvo Vl Magnetically controlled logic cell
RU2204144C2 (en) * 2001-04-23 2003-05-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Integrated bipolar magnetotransistor
RU2387046C1 (en) * 2008-09-18 2010-04-20 Государственное Учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского Государственного института электронной техники" (ГУ НПК "ТЦ" МИЭТ) Integral electromagnetic transducer built around bipolar magnetic transistor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010120027A (en) 2011-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105652220B (en) Hall sensor and compensation method for offset caused by temperature distribution of Hall sensor
JP5187781B2 (en) Magnetic field sensor that measures the direction of the in-plane magnetic field
US20080074106A1 (en) Semiconductor device, magnetic sensor, and physical quantity sensor
Liu et al. Velocity measurement technique for permanent magnet synchronous motors through external stray magnetic field sensing
JP2018537942A (en) Linear Hall Device Based Vector Control (FOC) Motor Drive System
Goel et al. Hall effect instruments, evolution, implications, and future prospects
US20200400516A1 (en) Stray-field-immune magnetic field sensor arrangement, magnetic torque sensor arrangement and method for determining a magnetic flux
JP2011180001A (en) Rotation sensor
CN104167966B (en) A kind of permanent-magnetism linear motor control method with hall sensing device location
US10386427B1 (en) Magnetic field sensor having at least two CVH elements and method of operating same
Fernandez et al. Resolver emulation for PMSMs using low cost Hall-effect sensors
RU2453947C2 (en) Integrated gradient magnetic transistorised sensor
CN210400415U (en) Hall sensor
Xu et al. Monolithic H‐bridge brushless DC vibration motor driver with a highly sensitive Hall sensor in 0.18 μm complementary metal‐oxide semiconductor technology
JP2015078949A (en) Hall electromotive force signal detection circuit
CN110095739A (en) A kind of orthogonal array type Hall angular transducer system and method for motor
Mellet et al. A novel CMOS Hall effect sensor
US10006970B2 (en) Electronic comparison circuit to identify at least three conditions of an input signal
RU2437185C2 (en) Integral magnetotransistor sensor with digital output
US12153101B2 (en) Sensor calibration circuit
CN114551715B (en) Signal processing circuit and signal processing method thereof and Hall sensor circuit
JP4193125B2 (en) Multi-phase motor controller
JP2614444B2 (en) Magnetic sensor
BG65231B1 (en) Magnetosensitive sensor
Petoussis et al. INTRODUCING A NEW HALL EFFECT SENSOR

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150521

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170203