[發(fā)明專利]一種新型硅基磁電信號(hào)耦合器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410514942.1
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN104300964A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢正洪;朱華辰;白茹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K19/16
• 分類號(hào): H03K19/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于信號(hào)耦合器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型硅基磁電信號(hào)耦合器件。

背景技術(shù)

信號(hào)耦合器件是一種廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)接口、電氣電子、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療電子等領(lǐng)域的基本組件。信號(hào)耦合器件的基本功能是在電氣隔離的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從而減小地線回路噪聲、共模電壓效應(yīng)以及由此造成的對(duì)附屬電路及接口器件的損壞。目前廣泛應(yīng)用的光電耦合器件，由于其速度慢、功耗大、易老化、難以集成等本質(zhì)缺陷，正逐步被磁電信號(hào)耦合器件所取代。美國(guó)ADI公司基于互感線圈開發(fā)了iCoupler耦合器件技術(shù)（美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺?9/838,520）；美國(guó)NVE公司基于巨磁電阻（GMR）技術(shù)開發(fā)了IsoLoop耦合器件技術(shù)（美國(guó)專利公開號(hào)：US6,300,617）。其中，ADI公司的iCoupler耦合器件技術(shù)需要先在信號(hào)輸入端提供一個(gè)高頻信號(hào)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制形成脈沖磁場(chǎng)，然后通過讀取線圈接收到的磁場(chǎng)信號(hào)再被解調(diào)為原始信號(hào)。這一工作過程所需的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且由于線圈間的互感作用，無法完全隔斷后端讀取電路對(duì)輸入端信號(hào)的影響。美國(guó)NVE公司的IsoLoop耦合器件技術(shù)利用GMR器件作為信號(hào)接收單元，可以克服線圈互感技術(shù)的缺陷。但由于GMR器件的制備需要利用非常規(guī)工藝，對(duì)于制造常規(guī)CMOS集成電路的公司來說，沒有額外的設(shè)備支持是無法完成的。

幾何巨磁電阻器件是一種新型巨磁電阻器件（專利公開號(hào)：102185100A）。其巨磁電阻效應(yīng)與器件的幾何尺寸有關(guān)，并其與常規(guī)CMOS集成電路制備工藝完全兼容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合幾何巨磁電阻器件技術(shù)，提供了一種與現(xiàn)有通用集成電路制備工藝完全兼容的新型硅基磁電信號(hào)耦合器件。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明包含信號(hào)電流線圈、幾何巨磁電阻器件、信號(hào)處理集成電路，所述信號(hào)處理集成電路包含恒流源和讀取電路；外部信號(hào)源將信號(hào)電流輸入信號(hào)電流線圈，產(chǎn)生與信號(hào)電流的大小及方向線性相關(guān)的磁場(chǎng)，其中信號(hào)電流線圈設(shè)置于幾何巨磁電阻器件正上方，產(chǎn)生垂直于幾何巨磁電阻器件表面的磁場(chǎng)；恒流源為幾何巨磁電阻器件提供恒定電流，使幾何巨磁電阻器件工作于最佳狀態(tài)，根據(jù)磁場(chǎng)大小和方向的不同，讀取電路的輸入端得到顯著變化的電壓信號(hào)，通過放大整形后輸出。

進(jìn)一步說，所述幾何巨磁電阻器件為硅基幾何巨磁電阻器件，其磁敏感方向?yàn)榇怪庇谄骷砻娣较颉?/p>

進(jìn)一步說，所述幾何巨磁電阻器件為硅基幾何巨磁電阻器件，其上設(shè)置有電極，電極數(shù)目為兩個(gè)或多個(gè)。

進(jìn)一步說，所述信號(hào)電流線圈、幾何巨磁電阻器件、信號(hào)處理集成電路均通過CMOS集成電路工藝制備而成，且集成于同一襯底上形成單體芯片。

本發(fā)明的有益效果：

與美國(guó)ADI公司的iCoupler耦合器件技術(shù)相比，不需要額外的信號(hào)調(diào)制電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且后端信號(hào)讀取電路與前端輸入信號(hào)不存在互感影響。

與美國(guó)NVE公司的IsoLoop耦合器件技術(shù)相比，與現(xiàn)行常規(guī)CMOS集成電路制備工藝完全兼容，不需要額外的設(shè)備和工藝步驟。

附圖說明

圖1硅基磁電信號(hào)耦合器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2硅基磁電信號(hào)耦合器件的工藝截面圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。??

本發(fā)明所述的硅基磁電信號(hào)耦合器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示。該器件包含信號(hào)電流線圈101、幾何巨磁電阻器件102、信號(hào)處理集成電路103三個(gè)部分。其中，信號(hào)處理集成電路包含恒流源104和讀取電路105兩個(gè)子電路。信號(hào)電流線圈設(shè)置于幾何巨磁電阻器件正上方，產(chǎn)生垂直于幾何巨磁電阻器件表面的磁場(chǎng)。恒流源為幾何巨磁電阻器件提供恒定電流，使幾何巨磁電阻器件工作于最佳狀態(tài)。

外部信號(hào)源106將信號(hào)電流輸入信號(hào)電流線圈，產(chǎn)生與信號(hào)電流的大小及方向線性相關(guān)的磁場(chǎng)。

根據(jù)磁場(chǎng)大小和方向的不同，讀取電路的輸入端可以得顯著變化的電壓信號(hào)，通過放大整形后輸出。

通過以上過程，該器件的輸出信號(hào)與外部信號(hào)源實(shí)現(xiàn)電氣隔離狀態(tài)的下的信號(hào)傳輸。