NAPREDNI MAGNETNI SISTEMI MEMSBERČAN, DAMJAN (Avtor) Trontelj, Janez (Mentor) Simulacijski modelpulzno krmiljenje Hallovega elementaoptimizacijašuma in porabemagnetni mikrosistemV prvem delu disertacije je predstavljen nov prilagojen model Hallovega elementa, ki je modeliran s strojno-opisnim jezikom Verilog-A. Verilog-A je namenjen modeliranju in opisu analognih vezij. Nov model omogoča lažje spreminjanje parametrov, ki opisujejo njegove lastnosti, odvisne od tehnologije in predstavlja izhodišče pri načrtovanju novega magnetnega mikrosistema. Učinkovitost simulacijskega modela smo preverili z meritvijo izdelanih integriranih vezij. Izmerili smo občutljivost Hallovega elementa na zunanje in notranje magnetno polje, temperaturno občutljivost in ničelno napetost. Prav tako smo preverili vpliv mehanske obremenitve na magnetno občutljivost Hallovega senzorja. Hallov element je bil z zlatimi žičkami povezan (bondiran) v keramično ohišje. V drugem delu disertacije rešujemo bistveni slabosti magnetnih sistemov na osnovi Hallovega elementa v CMOS (ang. Complementary Metal Oxide Semiconductor) tehnologiji, to sta velika poraba energije in relativno majhna občutljivost na magnetno polje. Takšni sistemi pogosto vsebujejo polje senzorjev bodisi za izboljšanje učinkovitosti sistema, na primer za izboljšanje ločljivosti, bodisi zaradi zahtev aplikacije. Pri aplikacijah, ki zahtevajo maksimalno možno ločljivost z uporabo polja Hallovih elementov je smiselno Hallove elemente priključiti direktno na napajalno napetost, zato da zagotovimo maksimalni možni delovni tok senzorja in posledično maksimalno občutljivost na magnetno polje. Konvencionalno imajo takšni integrirani sistemi veliko porabo zaradi števila senzorjev in zaradi relativno majhne upornosti posameznega Hallovega elementa. Nova metoda procesiranja Hallovega signala izkorišča raciometričnost senzorja in ohranja njegovo maksimalno občutljivost na magnetno polje ter zmanjša porabo magnetnega mikrosistema. Težavo smo odpravili z uporabo napredne metode pulznega krmiljenja delovnega toka Hallovega elementa, kar bistveno zmanjša njegov efektivni delovni tok. Metoda rešuje opisani problem, kjer se poraba Hallovega elementa zmanjša s faktorjem 1/X pri isti občutljivosti, ali pa se poveča občutljivost s faktorjem X pri isti porabi, kjer faktor X predstavlja razmerje med periodo vzorčenja Hallovega signala in časom, ko je magnetni sistem aktiven in se izvaja meritev Hallovega signala. Ugotovili smo, da uporabljena metoda krmiljenja delovnega toka Hallovega elementa zmanjša njegov efektivni delovni tok in posledično porabo celotnega vezja. Realno dosegljiv faktor X se giblje do 10. Integrirano vezje z metodo pulznega krmiljenja Hallovega elementa je izdelano v 0,35 m tehnologiji CMOS. Učinkovitost metode in začetne cilje smo preverili z evaluacijo izdelanega integriranega vezja.20202021-03-08 13:21:24Doktorsko delo/naloga125224VisID: 43165sl