[发明专利]一种互补式金属氧化层半导体磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于信息采集系统的磁传感器技术领域，尤其涉及一种互补式金属氧化层半导体(CMOS)磁传感器。

背景技术

磁传感器是磁场检测中最重要的组成部件。而低功耗，高灵敏度，CMOS工艺上的磁传感器更是设计带传感器功能的射频识别标签和组建无线传感器网络的关键技术。

磁场感应场效应晶体管(MagFET)是在CMOS工艺上实现磁电转换的器件。当有垂直于有MagFET的芯片的磁场存在的时候，流过MagFET漏极的电流就会随着垂直磁场大小的变化而变化。但这种变化只有很小，大概为7％/T，在不经过放大的情况下难以检测到mT级的磁信号。

射频识别标签对功耗的要求很苛刻，特别是无源射频识别标签。使用单个MagFET把磁信号转换为电信号虽然功耗低，但灵敏度也较低。采用多级的MagFET电流镜可以提高增益，但功耗也随之增加。

对于无源射频识别标签来说，传感器的功耗一般要低于1uW，才能不明显的缩短标签的工作距离。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种CMOS磁传感器，以降低功耗，提高灵敏度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种互补式金属氧化层半导体(CMOS)磁传感器，该磁传感器包括：

一偏置电路，用于为磁场感应场效应晶体管(MagFET)电流镜和差分放大器提供直流工作点；

一MagFET电流镜，用于将磁信号转换为双端电信号，并输出给差分放大器；

一差分放大器，用于将MagFET电流镜输入的双端电信号转换为单端信号并把信号放大，输出给压控振荡器；

一压控振荡器，用于将差分放大器输入单端信号转换为频率信号输出。

所述MagFET电流镜为磁电转换器，由一个N型和一个P型的MagFET连接构成。

所述P型MagFET的栅极接到其自身的一个漏极上；所述N型MagFET的栅极电压由所述偏置电路提供，控制MagFET电流镜的电流大小。

所述差分放大器的两个输入端分别接到N型和P型的MagFET交叉连接线上，将MagFET的双端输出信号转为单端输出信号，同时将信号放大。

所述差分放大器为一个一级的CMOS差分放大器。

所述压控振荡器由一个电压/电流转换器和一个基于RS触发器的振荡电路构成。

所述电压/电流转换器由一个电阻，一个N型的MOS管和一个P型的MOS管电流镜构成。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种CMOS磁传感器，采用广泛使用的CMOS工艺制作，具有功耗低和灵敏度高的优点，大大降低了功耗，提高了灵敏度。

2、本发明提供的这种CMOS磁传感器，由于具有功耗低和灵敏度高的优点，所以大大提高了无源标签的工作距离。

附图说明

图1为本发明提供的CMOS磁传感器的结构框图；

图2为本发明提供的CMOS磁传感器的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，图1为本发明提供的CMOS磁传感器的结构框图，该磁传感器包括偏置电路10、MagFET电流镜11、差分放大器12和压控振荡器13四个部分。

其中，偏置电路10用于为MagFET电流镜和差分放大器提供直流工作点。MagFET电流镜11用于将磁信号转换为双端电信号，并输出给差分放大器。差分放大器12用于将MagFET电流镜输入的双端电信号转换为单端信号并把信号放大，输出给压控振荡器。压控振荡器13用于将差分放大器输入单端信号转换为频率信号输出。

所述MagFET电流镜11为磁电转换器，由一个N型和一个P型的MagFET连接构成。所述P型MagFET的栅极接到其自身的一个漏极上；所述N型MagFET的栅极电压由所述偏置电路提供，控制MagFET电流镜的电流大小。

所述差分放大器12的两个输入端分别接到N型和P型的MagFET交叉连接线上，将MagFET的双端输出信号转为单端输出信号，同时将信号放大。所述差分放大器为一个一级的CMOS差分放大器。

所述压控振荡器13由一个电压/电流转换器和一个基于RS触发器的振荡电路构成。所述电压/电流转换器由一个电阻，一个N型的MOS管和一个P型的MOS管电流镜构成。