Thiết kế cảm biến từ trường 3D độ nhạy cao kết hợp với bộ khuếch đại từ tính

Nghiên cứu thiết kế vi mạch cảm biến từ trường kết hợp với bộ khuếch đại từ tính ứng dụng cho cảm biến từ trường 3D có tính cấp thiết cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ nhạy tương đối của cảm biến thu được ở mức cao nhất là S = 15,21%/T khi không có bộ khuếch đại từ tính. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại từ tính đạt được khoảng 400 lần.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế cảm biến từ trường 3D độ nhạy cao kết hợp với bộ khuếch đại từ tính Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Thiết kế cảm biến từ trường 3D độ nhạy cao kết hợp với bộ khuếch đại từ tính Đào Đình Hà1, Hoàng Ngọc Tùng2 1 Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự 2 Khoa Kỹ thuật Tác chiến Điện tử, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Thông tin Email: daodinhha@lqdtu.edu.vn, tung.mta.93@gmail.com Abstract— Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của của cảm biến từ trường Hall là sử dụng các màng mỏng Internet kết nối vạn vật (IoT) mở ra các hướng khoa học chế tạo từ vật liệu n-InSb có độ linh động điện tử cao, mới, đó là thiết kế, chế tạo các thiết bị cảm biến vi điện kết quả độ nhạy thu được lên đến 500 μV/mT và tử tích hợp cho các mục đích ứng dụng khác nhau, cung ngưỡng từ trường nhỏ nhất là 0,01 mT. Sử dụng vật cấp khả năng kiểm soát một loạt các thông số vật lý, hóa liệu GaAs cũng làm tăng độ nhạy lên khoảng 2-3 lần so học và sinh học. Các cảm biến được sử dụng để đo cảm với các giải pháp dựa trên vật liệu tiêu chuẩn Si ứng từ trường có độ nhạy và dải đo bị giới hạn bởi vật (Silicon) [2]. Trong [3] trình bày các phần tử từ trở liệu sử dụng, bên cạnh đó ứng dụng chủ yếu của chúng màng mỏng chế tạo từ vật liệu sắt từ Permalloy có độ dùng để đo từ trường trong mặt phẳng, các ứng dụng nhạy vào khoảng 10 V/T, hoạt động trong dải tần số lên trong không gian ba chiều còn nhiều hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu thiết kế vi mạch cảm biến từ trường kết hợp đến 1 MHz ở nhiệt độ phòng, tỷ số của tín hiệu trên tạp với bộ khuếch đại từ tính ứng dụng cho cảm biến từ nhiễu xấp xỉ 97 dB, độ nhạy thu được cao hơn 20 lần trường 3D có tính cấp thiết cao. Kết quả nghiên cứu cho so với độ nhạy của phần tử Hall cổ điển trên cấu trúc thấy độ nhạy tương đối của cảm biến thu được ở mức vật liệu dị thể nInSb/GaAs, tuy nhiên nhược điểm trong cao nhất là S = 15,21%/T khi không có bộ khuếch đại từ các trường hợp này là hoạt động không ổn định theo tính. Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại từ tính đạt thời gian và tăng mức tạp nhiễu của cảm biến. Có được khoảng 400 lần. Cảm biến tính hợp với bộ khuếch nghĩa là, việc sử dụng cảm biến theo thiết kế truyền đại từ tính cho phép đo từ trường trong dải từ trường thống để đo từ trường yếu là không hiệu quả. yếu từ 0,01 μT đến 2 mT và có khả năng ứng dụng đo từ trường 3D trong không gian. Bộ khuếch đại từ tính ngày càng được sử dụng rộng rãi trong thiết kế các thiết bị vi điện tử hiện đại [4, 5] Keywords- Cảm biến từ trường 3D, vi mạch tích hợp, nhằm đảm bảo khả năng đo từ trường yếu trong dải từ bộ khuếch đại từ tính, độ nhạy cao. 0,01 μT đến 2,0 mT. Việc sử dụng bộ khuếch đại từ tính tích hợp (IMC, Integrated Magnetic Concentrator) được làm bằng vật liệu sắt từ có thể phát triển ứng I. GIỚI THIỆU dụng cho các cảm biến từ trường 3D, có độ nhạy từ cao Cảm biến từ trường có thể được chế tạo dựa trên hơn cảm biến Hall truyền thống và tăng tỉ số tín hiệu các hiệu ứng từ trường và các loại vật liệu bán dẫn trên tạp nhiễu. Vấn đề quan trọng được giải quyết trong khác nhau, trong đó phổ biến nhất là cảm biến Hall nghiên cứu này là sử dụng các phương pháp mô hình hoạt động dựa trên hiệu ứng Hall, đó là hiệu ứng vật lý hóa máy tính hiện đại để mô phỏng và tối ưu hóa các được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc thông số thiết kế cảm biến từ trường kết hợp với bộ lên một thanh Hall đang có dòng điện chạy qua. Khi khuếch đại từ tính ứng dụng trong vi mạch tích hợp. dòng điện chạy qua vật liệu dẫn điện, các electron di chuyển theo một đường thẳng. Khi đặt vật liệu trong từ Nghiên cứu này nhằm phát triển một bộ khuếch đại trường và cho dòng điện chạy qua, thì lực Lorentz tác từ tính hình nón với độ lợi từ thông cao kết hợp với dụng lên các hạt mang điện làm cho chúng lệch khỏi cảm biến Hall, có thể được sử dụng trong các hệ thống đường thẳng ban đầu và dòng electron sẽ bị uống cong, cảm biến từ trường 3D có độ nhạy cao. Khi thiết kế bộ từ đó tạo ra hiệu điện thế Hall. Các tham số cơ bản của khuếch đại từ tính cần đảm bảo các yêu cầu: cảm biến từ trường đó là độ nhạy, dải đo, sai số, dải - thứ nhất, tăng hệ số khuếch đại của cảm biến nhiệt độ và tần số hoạt động,…. Trong đó hai tham số nhằm tăng mức tín hiệu đầu ra; là độ nhạy và dải đo rất quan trọng khi thiết kế cũng như sử dụng các cảm biến này trong thực tế. Các tham - thứ hai, tăng mức giá trị bão hòa để đảm bảo số này phụ thuộc rất lớn vào vật liệu chế tạo cảm biến, vùng hoạt động tuyến tính rộng; với mỗi loại vật liệu sẽ cho ngưỡng giá trị về độ nhạy - thứ ba, giảm độ trễ cảm biến nhằm giảm sai số và dải đo tương ứng. trong các phép đo từ trường yếu. Phân tích các tài liệu khoa học [1, 2, 3] cho thấy ...