Design of magnetic sensing microsystem with hall sensors
Hall algılayıcılı manyetik alan algılama mikrosistemi tasarımı
- Tez No: 459429
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜNHAN DÜNDAR, YRD. DOÇ. DR. HAMDİ TORUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Manyetik algılayıcılar manyetik alanı elektriksek işaretlere çeviren dönüştürücülerdir. Hall Etkisi algılayıcılar manyetik algılayıcıların bir sınıfıdır ve elektriksel aygıtta- ki elektron taşımacılığının harici manyetik alan varlığından etkilenmesi sonucu büyüklüğü harici manyetik alanın şiddetine bağlı Hall Gerilimi olarak isimlendirilen bir gerilim farkı oluştururlar. Hall Etkisi algılayıcılar aynı tümdevre üzerinde CMOS teknolojisi ile gerçekleştirilen Hall elemanından ve işaret iyileştirme elektroniğinden oluşur ve küçük boyutlu, yüksek hızlı, düşük maliyetli, uzun ömürlü ve esnek tasarımlı olmak gibi üstünlüklere sahiptir. Çeşitli endüstriyel ve otomotiv uygulamalarında Hall Etki- si algılayıcılar yaygın olarak kullanılırlar. Bu tez çalışmasında UMC 130 nm CMOS teknolojisi ile gerçekleştirilen yoğun çapraz-şekilli Hall Etkisi algılayıcı modeli gelişmesi ve manyetik alan algılama mikrosistemi okuma elektroniği tasarımı sunulmaktadır. Sunulan teknoloji manyetik alanın düşük ofsetli ve düşük gürültülü mikrosistem ile algılanmasını sağlamaktadır. Hall Etkisi algılayıcı, mikrofabrikasyon kusurlarından ve mekanik gerilmelerden kaynaklanan algılayıcı ofsetlerini gidermek amacıyla dinamik ofset giderimi yöntemi uygulayan bir kutuplama devresi ile kutuplanmaktadır. Hall Gerilimi, mikrosistem çözünürlüğünü iyileştirmek ve yükselteç ofseti ve mikrosistem düşük frekans gürültüsünü bastırmak amacıyla kıyım tekniğini uygulayan bir yükselteç ile yükseltilmektedir. Benzetim sonuçları, algılayıcı ofsetlerinden kaynaklanan 40 uV değerinde artık ofset ve 7.62 uT değerinde girdi-çıkarımlı artık ofset; ve yükselteç girişindeki 1 mV değerindeki ofsetten kaynaklanan 1.62 uV değerinde girdi-çıkarımlı ofset sunmaktadır. Mikrosistem çıkışındaki 1 Hz – 1 kHz bant genişliğine ait 167 uV etkin değerli gürültü gerilimi 31.75 uT değerinde mikrosistem çözünürlüğü sağlamaktadır. Son olarak, mikrosistem mutlak duyarlılığı 5.25 V/T olarak sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Magnetic sensors are transducers which convert magnetic field into electrical signals. A class of magnetic sensors is Hall Effect sensor where transportation of the electrons in the electrical device is affected by the presence of the external magnetic field to produce a voltage difference with a magnitude depending on the external magnetic field, Hall Voltage. Hall Effect sensors, formed by Hall element and signal-conditioning electronics integrated on the same integrated circuit fabricated in CMOS technology, include the advantages of small size, high speed, low cost, long life, and design flexibility. They are widely used in various industrial and automotive applications. This dissertation presents development of a compact cross-shaped Hall Effect sensor model and design of readout electronics for the magnetic sensing microsystem with Hall Effect sensor using UMC 130 nm CMOS technology. The presented technology allows sensing magnetic field with a low offset and low noise microsystem. The Hall Effect sensor is biased by a biasing circuit which implements dynamic offset cancellation method for cancelling sensor offsets due to fabrication imperfections and mechanical stress; and, Hall Voltage is amplified by an amplifier with a chopper technique realization for improving resolution of the microsystem and rejecting amplifier offset and low-frequency noise of the microsystem. The simulation results present a residual offset due to sensor offsets of 40 uV, corresponding to an input-inferred residual offset of 7.62 uT; and an input-inferred offset of 1.62 uV for a standard offset of 1 mV at amplifier input. Moreover, RMS noise voltage of 167 uV in the bandwidth of 1 Hz – 1 kHz at the microsystem output enables a microsystem resolution as low as 31.75 uT. Finally, the absolute sensitivity of the microsystem is 5.25 V/T.
Benzer Tezler
- Design and fabrication of fiber optic integrated sensor microsystem for interventional medical devices
Girişimsel tıbbi cihazlar için fiber optik tümleşik algılayıcı mikrosistem tasarımı ve üretimi
OĞUZ KAAN ERDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Eş zamanlı sıkıştırıcı algılama ve kriptografi
Simultaneous compressive sensing and cryptography
ERTAN ATAR
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LALE ÖZYILMAZ
PROF. DR. OKAN K. ERSOY
- Design, analysis, simulation and optimization of a MEMS Lorentz force magnetic field sensor for biosensing of biowarfare agents
Biyolojik savaş ajanlarının tespit uygulamaları için Lorentz kuvveti temelli manyetik alan sensörünün tasarımı, analizi, simülasyon ve optimizasyonu
EMİNE RUMEYSA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Ukf adaptation and filter integration for attitude determination and control of nanosatellites with magnetic sensors and actuators
Başlık çevirisi yok
HALİL ERSİN SÖKEN
Doktora
İngilizce
2013
Astronomi ve Uzay BilimleriGraduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)Prof. SHINICHIRO SAKAI