[發(fā)明專利]一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體磁傳感器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610171657.X
• 申請(qǐng)日: 2006-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN101212016A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周盛華;吳南健;楊志超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): H01L43/00
• 分類號(hào): H01L43/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于信息采集系統(tǒng)的磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體(CMOS)磁傳感器。

背景技術(shù)

磁傳感器是磁場(chǎng)檢測(cè)中最重要的組成部件。而低功耗，高靈敏度，CMOS工藝上的磁傳感器更是設(shè)計(jì)帶傳感器功能的射頻識(shí)別標(biāo)簽和組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

磁場(chǎng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MagFET)是在CMOS工藝上實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的器件。當(dāng)有垂直于有MagFET的芯片的磁場(chǎng)存在的時(shí)候，流過MagFET漏極的電流就會(huì)隨著垂直磁場(chǎng)大小的變化而變化。但這種變化只有很小，大概為7％/T，在不經(jīng)過放大的情況下難以檢測(cè)到mT級(jí)的磁信號(hào)。

射頻識(shí)別標(biāo)簽對(duì)功耗的要求很苛刻，特別是無源射頻識(shí)別標(biāo)簽。使用單個(gè)MagFET把磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)雖然功耗低，但靈敏度也較低。采用多級(jí)的MagFET電流鏡可以提高增益，但功耗也隨之增加。

對(duì)于無源射頻識(shí)別標(biāo)簽來說，傳感器的功耗一般要低于1uW，才能不明顯的縮短標(biāo)簽的工作距離。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種CMOS磁傳感器，以降低功耗，提高靈敏度。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體(CMOS)磁傳感器，該磁傳感器包括：

一偏置電路，用于為磁場(chǎng)感應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MagFET)電流鏡和差分放大器提供直流工作點(diǎn)；

一MagFET電流鏡，用于將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端電信號(hào)，并輸出給差分放大器；

一差分放大器，用于將MagFET電流鏡輸入的雙端電信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)并把信號(hào)放大，輸出給壓控振蕩器；

一壓控振蕩器，用于將差分放大器輸入單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)輸出。

所述MagFET電流鏡為磁電轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)N型和一個(gè)P型的MagFET連接構(gòu)成。

所述P型MagFET的柵極接到其自身的一個(gè)漏極上；所述N型MagFET的柵極電壓由所述偏置電路提供，控制MagFET電流鏡的電流大小。

所述差分放大器的兩個(gè)輸入端分別接到N型和P型的MagFET交叉連接線上，將MagFET的雙端輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為單端輸出信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)放大。

所述差分放大器為一個(gè)一級(jí)的CMOS差分放大器。

所述壓控振蕩器由一個(gè)電壓/電流轉(zhuǎn)換器和一個(gè)基于RS觸發(fā)器的振蕩電路構(gòu)成。

所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器由一個(gè)電阻，一個(gè)N型的MOS管和一個(gè)P型的MOS管電流鏡構(gòu)成。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的這種CMOS磁傳感器，采用廣泛使用的CMOS工藝制作，具有功耗低和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，大大降低了功耗，提高了靈敏度。

2、本發(fā)明提供的這種CMOS磁傳感器，由于具有功耗低和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，所以大大提高了無源標(biāo)簽的工作距離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的CMOS磁傳感器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明提供的CMOS磁傳感器的電路圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的CMOS磁傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，該磁傳感器包括偏置電路10、MagFET電流鏡11、差分放大器12和壓控振蕩器13四個(gè)部分。

其中，偏置電路10用于為MagFET電流鏡和差分放大器提供直流工作點(diǎn)。MagFET電流鏡11用于將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端電信號(hào)，并輸出給差分放大器。差分放大器12用于將MagFET電流鏡輸入的雙端電信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)并把信號(hào)放大，輸出給壓控振蕩器。壓控振蕩器13用于將差分放大器輸入單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)輸出。

所述MagFET電流鏡11為磁電轉(zhuǎn)換器，由一個(gè)N型和一個(gè)P型的MagFET連接構(gòu)成。所述P型MagFET的柵極接到其自身的一個(gè)漏極上；所述N型MagFET的柵極電壓由所述偏置電路提供，控制MagFET電流鏡的電流大小。

所述差分放大器12的兩個(gè)輸入端分別接到N型和P型的MagFET交叉連接線上，將MagFET的雙端輸出信號(hào)轉(zhuǎn)為單端輸出信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)放大。所述差分放大器為一個(gè)一級(jí)的CMOS差分放大器。

所述壓控振蕩器13由一個(gè)電壓/電流轉(zhuǎn)換器和一個(gè)基于RS觸發(fā)器的振蕩電路構(gòu)成。所述電壓/電流轉(zhuǎn)換器由一個(gè)電阻，一個(gè)N型的MOS管和一個(gè)P型的MOS管電流鏡構(gòu)成。