Skip to main content
SUPERVISOR
Rasoul Dehghani,Seyedmasoud Sayedi
رسول دهقانی (استاد راهنما) سید مسعود سیدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maryam Jenab
مریم جناب

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
The Hall Effect sensor is a transducer which converts the magnetic field to an equivalent voltage. Nowadays magnetic sensors based on the Hall Effect have the most widespread usage among different magnetic field sensors. One group of Hall Effect sensor consists of a Hall plate with the circuitries for amplification and converting its output voltage to a suitable output signal for consumers. The Hall plate is a semiconductor plate with two output contacts, showing a differential voltage in the presence of magnetic field. Simplicity, possibility of transforming most of natural signals to magnetic field and feasibility of integration of Hall plate and all corresponding signal conditioning circuits on a single chip in a CMOS technology, has made it a significant component from an economical stand point. They are used in automotive and computer industry, such as disk drives, internal engine ignition timing and antilock braking systems. The Hall sensors generally consist of two main parts, the sensor itself and its processing peripheral circuit. Thus having knowledge about performance of both parts is necessary to increase the performance of the sensor. The sensitivity of Hall plate is limited by its geometrical factor and some non-ideal phenomena such as short circuit effect; on the other hand, noise and offset strongly affect its output voltage accuracy. In this thesis, first the physical parameters of the Hall plate are analyzed and numerical simulation of Hall plate is investigated. Next the design of a low offset amplifier that is appropriate for Hall Effect sensors is studied. Offset and noise limit the performance of many precision electronic systems like sensors and biomedical instruments. Offset originates from any mismatches of different devices that are used in the circuit. Noise can be ltr"
یکی از انواع مبدل، حسگر اثر هال است، که میدان مغناطیسی را به ولتاژ تبدیل می‌کند. امروزه حسگرهای میدان مغناطیسی که از نوع حسگر هال می‌باشند، در بین دیگر انواع حسگر میدان مغناطیسی گسترده‌ترین مصارف را دارند. یکی از انواع حسگر هال، متشکل از یک صفحه نیمه رسانای حامل جریان به همراه مدارهای جانبی آن که وظیفه‌ی تقویت و تبدیل سیگنال خروجی صفحه‌ی هال را به یک سیگنال مطلوب برای مصرف کننده دارند، می‌باشد. صفحه‌ی هال، دارای دو درگاه خروجی است، که در صورت وجود میدان مغناطیسی، اختلاف پتانسیلی را نشان می‌دهد. سادگی، امکان تبدیل بسیاری از سیگنال‌های موجود در طبیعت به میدان مغناطیسی و امکان مجتمع سازی صفحه هال و مدارهای جانبی آن با استفاده از تکنولوژی CMOS در یک تراشه، حسگر هال را به قطعه‌ای ویژه از تقطه نظر اقتصادی تبدیل کرده است. آنها در صنایع خودرو و کامپیوتر مانند دیسک گردانها، زمانبندی احتراق داخلی موتور و سیستم‌‌های ترمز ضد قفل استفاده می‌شوند. به دلیل اینکه حسگر هال از دو بخش، که خودش و مدارهای جانبی آن می‌باشند، تشکیل شده است، برای افزایش بازده حسگر، آگاهی از نحوه‌ی عملکرد هر دو بخش آن الزامی می‌باشد. حساسیت حسگر هال توسط ضریب هندسی و تعدادی از پدیده‌های غیر ایده‌آل همچون اثر اتصال کوتاه محدود می‌شود، از سوی دیگر نویز و آفست به شدت بر روی دقت ولتاژ خروجی اثر می‌گذارند. به همین علت در این پایان نامه ابتدا به ویژگی‌های فیزیکی و پارامترهای موثر در صفحه هال پرداخته شده است و روش شبیه سازی عددی صفحه هال نیز مورد بررسی قرار گرفته است.در ادامه به بررسی و طراحی تقویت کننده‌هایی با آفست کم و مناسب برای حسگر هال پرداخته شده است. آفست و نویز عملکرد بسیاری از سیستم های الکترونیکی همچون حسگر هال و قطعات بیومدیکال را محدود میسازد. آفست به دلیل عدم تقارن قطعات به وجود میآید. نویز را میتوان به دو دستهی نویز گرمایی و نویز فیلیکر تقسیم کرد. در سالهای گذشته با گذر از تکنولوژی دو قطبی به پروسهی CMOS این مشکل به دلیل اینکه تکنولوژی CMOS دارای نویز فیلیکر بیشتری است و روش تنظیم دستی مقاومتهای مدار که در تکنولوژی دوقطبی به صورت گسترده استفاده میشده است، دیگر برای حذف نویز فیلیکر کارآمد نمی باشد، بحرانیتر شده است. در این پایاننامه تقویت کننده‌ی عملیاتی با جبرانسازی پایدار Chopper-Autozero که برای سیگنال خروجی معمول حسگرها، با اندازه‌ای در مرتبه‌ی میکرو ولت و دارای پهنای باند DC تا چند کیلوهرتز، مانند صفحه هال کارآمد می‌باشد، توصیف شده‌اند.تقویت چنین سیگنال‌هایی به تقویت کننده‌ای با پهنای باند چند مگاهرتز نیازمند است. چنین پهنای باندی به صورت مستقیم از روش‌های چاپر و Autozero که بین پهنای باند و جبرانسازی آفست آنها یک مصالحه وجود دارد، امکان پذیر نمی‌باشد. روش چاپر تاثیری بر ویژگی‌های نویز سفید ورودی نمی‌گذارد، اما میزان زیادی از طیف انرژی را به دلیل عملیات مدولاسیون نویز و آفست به فرکانس برش انتقال می‌دهد. این سیگنال انتقال یافته باید حذف گردد و به یک بلوک فیلتر مرتبه‌ی بالا نیازمند است. نیاز به یک فیلتر پایین گذر، روش چاپر را برای مصارف با پهنای باند زیاد نامناسب ساخته است. روش Autozero از نویز فیلیکر می‌کاهد، اما طیف توان نویز را به دلیل تداخل ناشی از نمونه برداری از سیگنال ورودی و انباشته شدن نویز سفید در فرکانس DC افزایش می‌دهد. همچنین نمونه برداری از سیگنال ورودی در حوزه‌ی زمان، روش Autozero را برای عملیات‌های زمان پیوسته نامناسب ساخته است. در شرایطی که تقویت کننده‌ای زمان پیوسته مورد نیاز است، ساختار Autozero به صورت دوگانه در آمده و با استفاده از عملیات زمان بندی شده استفاده می‌شود. اما سوییچینگ دو تقویت کننده می‌تواند موجب پرشهایی در سیگنال خروجی شود. به همین علت در این پایان‌نامه برای داشتن تقویت کننده‌‌ای زمان-پیوسته، با آفست پایین و بدون پرش در خروجی، از یک ساختار پیشخوراند، به همراه روش‌های دینامیک حذف کننده‌ی آفست در مسیر کند آن، استفاده کرده‌ایم. علاوه بر این با استفاده‌ی همزمان از روشهای Chopping و Autozeroing نویز سفید را کاهش دادیم. از سوی دیگر این ساختار بدون ‌نیاز به فیلتر پایین گذر، نویز انتقالی به فرکانس برش را حذف می‌نماید. کاهش آفست انتقالی در این تقویت کننده با استفاده از یک مدار نمونه بردار مناسب میسر شده است. نهایتا با طراحی دقیق قطب و صفر تقویت کننده‌ی مسیر پیشخوراند و تقویت کننده‌ی اصلی، یک تقویت کننده‌ی زمان-پیوسته و پهن-باند با آفست پایین بدست آمده است. کلمات کلیدی: 1-حسگر اثر هال 2-حذف آفست 3-روش Autozero 4-روش چاپر 5-جبرانساز آفست پایدار

ارتقاء امنیت وب با وف بومی