專利名稱：一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體磁傳感器的制作方法
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。
技術(shù)背景磁傳感器是磁場(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(wú)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)源射頻識(shí)別標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，傳感器的功耗一般要低于luW，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(wèn)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(wú)源標(biāo)簽的工作距離。


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(shuō)明。
如圖l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IO、 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?；趫D1所述的CMOS磁傳感器的結(jié)構(gòu)框圖，圖2示出了本發(fā)明提供 的CMOS磁傳感器的電路圖。其MagFET電流鏡是磁電轉(zhuǎn)換器，它由一 個(gè)N型和一個(gè)P型的MagFET交差連接構(gòu)成。其放大器為一個(gè)一級(jí)的CMOS差分放大器。其電壓一電流轉(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。其電流控制振蕩器是一個(gè)基于RS 觸發(fā)器的振蕩器電路。頻率信號(hào)從Vout端輸出將本發(fā)明提供的低功耗、高靈敏度的CMOS磁傳感器應(yīng)用到無(wú)源射頻 識(shí)別標(biāo)簽IC中，對(duì)無(wú)源射頻識(shí)別標(biāo)簽IC進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)， 測(cè)試的結(jié)果為能檢測(cè)的最小磁信號(hào)為lmT，最低功耗為0.65uW，證明本 發(fā)明是切實(shí)降低了功耗，提高了靈敏度。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 己，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體CMOS磁傳感器，其特征在于，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。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS磁傳感器，其特征在于，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。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的CM0S磁傳感器，其特征在于，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。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的CMOS磁傳感器，其特征在于，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。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l或4所述的CMOS磁傳感器，其特征在于，所述 差分放大器為一個(gè)一級(jí)的CMOS差分放大器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS磁傳感器，其特征在于，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。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的CMOS磁傳感器，其特征在于，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。
全文摘要
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，公開(kāi)了一種CMOS磁傳感器，包括一偏置電路，用于為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。利用本發(fā)明，大大降低了功耗，提高了靈敏度。
文檔編號(hào)H01L43/00GK101212016SQ20061017165
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月31日
發(fā)明者吳南健, 周盛華, 楊志超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所