BG66361B1 - Method for calibration of hall sensors - Google Patents

Abstract

In this method the calibration line (the magnetic sensitivity) of the Hall sensor from the tested series of samples is determined beforehand, the output voltage is detected at fixed values of the power supply current and the magnetic induction. For this sensor, in the absence of magnetic field, a voltage is applied to its output contacts that is equal to the already measured Hall voltage and the current between the output contacts of the sensor is determined. The ratio of the power supply current through this sensor and the current through the output contacts are calculated. For the other Hall sensors of the test series, a voltage is applied to their output contacts, of the same value, with which the sensor with the determined magnetic sensitivity had already been calibrated and the current through the output contacts is measured. The known ratio of the current of the power supply and the current through the output contacts for each sensor to be calibrated determines the respective power supply current corresponding to the already determined magnetic sensitivity.

Description

(54) МЕТОД ЗА КАЛИБРИРАНЕ НА СЕНЗОРИ НА ХОЛ(54) METHOD FOR CALIBRATION OF HALL SENSORS

Област на техникатаTechnical field

Изобретението се отнася до метод за калибриране на сензори на Хол, приложимо в областта на сензорната електроника, микроелектронната индустрия, контролно-измервателната технология и слабополеватамагнитометрия, микро- и нанотехнологиите и др.The invention relates to a method for the calibration of Hall sensors, applicable in the field of sensor electronics, microelectronics industry, control technology and low-field magnetometry, micro and nanotechnology, etc.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е метод за калибриране на сензори на Хол, при който през отделните сензори се пропуска от токоизточник точно определена стойност от диапазона на захранващия ги ток, схемно се компенсира възникналото изходно паразитно напрежение на несиметрия (офсет) на сензора на Хол, двата му изходни контакта се свързват с входа на волтметър, прилагат се точно определени стойности на магнитната индукция от измервания със сензора диапазон магнитни полета и получената зависимост на съответните изходни показания на волтметъра във функция на магнитната индукция определят калибровъчната права линия (магниточувствителността) на сензора на Хол [1,2].A method for calibrating Hall sensors is known, in which a specific value of a range of supply current is passed from the individual sensors, and the resulting output parasitic voltage of the asymmetry (offset) of the Hall sensor, its two output contacts, is schematically compensated. are connected to the input of the voltmeter, precisely determined values of the magnetic induction are applied from the measurements with the sensor range of magnetic fields and the obtained dependence of the corresponding output readings of the voltmeter in the function of magnesium The induction determines the calibration straight line (magnetic sensitivity) of the Hall sensor [1,2].

Недостатък на този метод за калибриране на сензори на Хол е продължителността му, свързана както със спецификата на комбинираните електрични и магнитни измервателни процедури, така и необходимостта от задължително тестване поотделно на всички сензори на Хол от изпитваната серия, тъй като при фиксирани захранващ ток и магнитна индукция винаги съществува дисперсия в стойностите на магниточувствителностга за отделните образци.The disadvantage of this method for calibrating Hall sensors is its duration, which is related both to the specificity of the combined electrical and magnetic measurement procedures and the need for mandatory testing of all Hall sensors separately from the test series, since for fixed power and magnetic currents induction there is always a variance in the magnetic susceptibility values for the individual samples.

Друг недостатък на метода е, че е неподходящ за серийно тестване на сензорите на Хол при производството им, обусловен от необходимостта да се управляват разнородни по своя характер измервателни уреди за електрически и магнитни параметри.Another disadvantage of the method is that it is unsuitable for serial testing of Hall sensors in their production, due to the need to control heterogeneous electrical and magnetic measuring instruments.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Задача на изобретението е да се създаде метод за калибриране на сензори на Хол, притежаващ бързодействие и възможност за серийно тестване на сензорите на Хол при производството им.It is an object of the invention to provide a method for the calibration of Hall sensors having the speed and serial ability to test Hall sensors in their manufacture.

Тази задача се решава с метод за калибриране на сензори на Хол, при който предварително за един сензор на Хол от тестваната серия образци се определя калибровъчната му права линия (магниточувствителността) - регистрира се изходното напрежение с волтметър при фиксирани стойности на захранващия ток и на магнитната индукция. За този сензор в отсъствие на магнитно поле с генератор на напрежение се подава на изходните му контакти вече измерено при конкретен захранващ ток напрежение на Хол и се измерва с амперметър протичащия ток между двата изходни контакти на сензора. Определя се отношението на захранващия ток през този сензор и токът през двата му изходни контакта. За останалите сензори на Хол от тестваната серия, след схемно компенсиране на офсета, през изходните им контакти с генератор на напрежение се подава същата стойност, с която вече е калибриран сензора с установената магниточувствителност и се измерва с амперметър протичащия през двата изходни контакта ток. Чрез вече известното отношение на захранващия ток към тока през изходните контакти, за всеки един от подлежащите на калибриране сензори се определя съответния им захранващ ток, отговарящ на вече определената магниточувствителност.This problem is solved by a method of calibration of Hall sensors, in which a calibration straight line (magnetosensitivity) is determined in advance for one Hall sensor from the test series - registers the output voltage with a voltmeter at fixed values of the supply current and the magnetic induction. For this sensor, in the absence of a magnetic field with a voltage generator, it is fed to its output contacts already measured at a specific Hall supply voltage and measured by the ammeter current flowing between the two output contacts of the sensor. The ratio of the supply current through this sensor and the current through its two output contacts is determined. For the other Hall sensors in the series tested, after schematic offset compensation, the same value is fed through their output contacts to a voltage generator, which is already calibrated to the sensor with established magnetic sensitivity and is measured by an ammeter flowing through the two output contacts. By the already known ratio of the supply current to the current through the output contacts, for each of the sensors to be calibrated, their respective supply current is determined, corresponding to the already determined magnetic sensitivity.

Предимство на изобретението е бързодействието, тъй като калибрирането на сензорите на Хол не изисква използването на външно магнитно поле и самата процедура за калибриране е сведена основно до еднотипни електрически измервания.The advantage of the invention is speed, since the calibration of Hall sensors does not require the use of an external magnetic field and the calibration procedure itself is essentially reduced to uniform electrical measurements.

Друго предимство е възможността за серийно калибриране на всички сензори на Хол от тестваната серия при производството им в резултат на силно опростената измервателна постановка от уреди за регистриране на електрически параметри.Another advantage is the possibility of serial calibration of all Hall sensors from the series tested during their production, as a result of the highly simplified instrumentation of electrical parameters.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Методът за калибриране на сензори на Хол се изяснява със следното примерно изпълнение. Предварително за един сензор на Хол от тестваната серия образци се определя калибровъчната му права линия (магниточувствителността) - регистрира се изходното напрежение с волтметърThe method for calibrating Hall sensors is clarified by the following exemplary embodiment. In advance, a Hall sensor from the tested series of samples determines its calibration straight line (magnetic sensitivity) - registers the output voltage with a voltmeter

66361 Bl при фиксирани стойности на захранващия ток и на магнитната индукция. За този сензор в отсъствие на магнитно поле с генератор на напрежение се подава на изходните му контакти вече измерено при конкретен захранващ ток напрежение на Хол и се измерва с амперметър протичащия ток между двата изходни контакти на сензора. Определя се отношението на захранващия ток през този сензор и токът през двата му изходни контакти. За останалите сензори на Хол от тестваната серия, след схемно компенсиране на офсета, през изходните им контакти с генератор на напрежение се подава същата стойност, с която вече е калибриран сензора с установената магниточувствителност и се измерва с амперметър протичащия през двата изходни контакта ток. Чрез вече известното отношение на захранващия ток към тока през изходните контакти, за всеки един от подлежащите на калибриране сензори се определя съответния им захранващ ток, отговарящ на вече определената магниточувствителност.66361 Bl at fixed values of the supply current and the magnetic induction. For this sensor, in the absence of a magnetic field with a voltage generator, it is fed to its output contacts already measured at a specific Hall supply voltage and measured by the ammeter current flowing between the two output contacts of the sensor. The ratio of the supply current through this sensor and the current through its two output contacts is determined. For the other Hall sensors in the series tested, after schematic offset compensation, the same value is fed through their output contacts to a voltage generator, which is already calibrated to the sensor with established magnetic sensitivity and is measured by an ammeter flowing through the two output contacts. By the already known ratio of the supply current to the current through the output contacts, for each of the sensors to be calibrated, their respective supply current is determined, corresponding to the already determined magnetic sensitivity.

Действието на метода за калибриране на сензори на Хол, съгласно изобретението, е следното. За фиксирана стойност на захранващия ток ζ = const при окъсяване на напрежението на Хол V_H(B) = const, през изходните контакти на сензора протича ток на Хол I_H = V (В)/ R , където R_out е изходното съпротивление на сензора между Ходовите контакти. Този резултат е еквивалентен на случая, когато без магнитно поле върху Ходовите контакти се подаде от външен генератор същото по стойност напрежение V_o както Ходовото V_H(B) = const. Тогава протичащият през Ходовите контакти ток 1 = V_o/ R_ou| следва да бъде равен на Ходовия 1_Н(В), т.е. при V_H(B) = V_o е в сила равенството 1_Н(В) = 1₀. Именно това е иновативният ръководен принцип на метода. Така при фиксирана магниточувствителност S_o = V_H(B)/B, т.е. при конкретна стойност на изходното Ходово напрежение V_H0, отношението на съответния захранващ ток I_s към Ходовия 1_Н следва да бъде постоянно К = I_S/I_H за различните сензори на Хол от тестваната серия образци. Съгласно принципа на действие това отношение К трябва да съвпада по стойност с отношението М = Ι/L при L = V„/R и V = V_H(B), т.е. К = М. Следователно при първоначално определено отношение К на калибриран в магнитно поле сензор на Хол, ние сме в състо яние да установим винаги равенството К = М за който и да е от подлежащите на калибриране сензори на Хол в серията, без да се използват трудоемките и продължителни галваномагнитни измервания. При М = I_s/I₀ = const това става чрез настройка на захранващия ток I_s на отделните сензори, понеже винаги съществува дисперсия в стойностите на магниточувствителността, която може да се отстрани чрез захранващия ток l_s. Удобството на описаната процедура е свързано с факта, че калибровъчната зависимост при сензорите на Хол V_H(B) при захранващ ток I_s = const е права линия и в отсъствие на офсет и магнитно поле В = 0 минава през нулата. Ето защо е нужна само една точка от правата, за да бъде осъществена калибровката на сензора на Хол при ток I_g = const, включително и с новия метод. Така отпада необходимостта всички сензори на Хол от тестваната серия да преминават галваномагнитни измервания. Калибровъчната процедура в нашия случай е с електрически средства. Ето защо лесно може да се осъществи автоматизация на метода и е удобен при тестване на сензорите на Хол при производството им.The method of calibrating the Hall sensors according to the invention is as follows. For a fixed value of the supply current ζ = const when shorting the Hall voltage V _H (B) = const, a current of Hall I _H = V (B) / R flows through the output contacts of the sensor, where R _out is the output impedance of the sensor between running contacts. This result is equivalent to the case when, without a magnetic field on the Running contacts, the same voltage value V _o is supplied from an external generator by the Running V _H (B) = const. Then the current flowing through the running contacts 1 = V _o / R _{ou |} should be equal to the Chassis 1 _H (B), i. for V _H (B) = V _{o the} equality 1 _H (B) = 1 ₀ holds. This is the innovative guiding principle of the method. Thus at a fixed magnetic sensitivity S _o = V _H (B) / B, i. at a specific value of the output Stroke voltage V _H0 , the ratio of the corresponding supply current I _s to the Stroke 1 _H should be constant K = I _S / I _H for the different Hall sensors of the series tested. According to the principle of action, this relation K must be the same as the relation M = Ι / L at L = V „/ R and V = V _H (B), i.e. K = M. Therefore, with a initially determined ratio K of a magnetically calibrated Hall sensor, we are always able to determine the equality K = M for any of the Hall sensors in the series without using laborious and time consuming galvanic measurements. At M = I _s / I ₀ = const this is done by adjusting the supply current I _s of the individual sensors, since there is always a variance in the values of the magnetic sensitivity that can be removed by the supply current l _s . The convenience of the procedure described is related to the fact that the calibration dependence of Hall sensors _{H H} (B) at supply current I _s = const is a straight line and in the absence of an offset and a magnetic field B = 0 passes through zero. Therefore, only one point of line is required to calibrate the Hall sensor at current I _g = const, including with the new method. This eliminates the need for all Hall sensors in the test series to pass galvanic measurements. The calibration procedure in our case is by electrical means. Therefore, it is easy to automate the method and is convenient for testing Hall sensors in their production.

Неочакваният положителен ефект в новия метод се заключава в еквивалентността на Холовия ток 1_Н(В) и установения само с електрически средства ток 1₀,1_Н(В) = 1₀ при равенство на напреженията V_H = V_o. Също така методът е инвариантен от формата на сензорите на Хол и е с универсална приложимост.The unexpected positive effect in the new method lies in the equivalence of the Hall current 1 _H (B) and the current established only by electrical means 1 ₀ , 1 _H (B) = 1 ₀ at the equality of voltages V _H = V _o . The method is also invariant to the shape of Hall sensors and is of universal applicability.

Проведените експерименти със силициеви сензори на Хол, съгласно новия метод, показват пълно съответствие на данните от чисто електрическите измервания на магниточувствителността с тези от стандартните галваномагнитни експерименти, т.е. калибрирането на сензорите на Хол по новия метод без магнитни полета доказва своите предимства. При необходимост могат да се построят калибровъчни прави линии и за други стойности на захранващия ток I_s. Методът е приложим в изключително широк температурен диапазон, включително в криогенна среда.Experiments with Hall's silicon sensors, according to the new method, show that data from purely electrical measurements of magnetic susceptibility are fully consistent with those of standard galvanic experiments, i. the calibration of Hall sensors by the new non-magnetic field method proves its advantages. If necessary, calibration straight lines can be constructed for other values of the supply current I _s . The method is applicable over an extremely wide temperature range, including in a cryogenic environment.

Патентни претенцииClaims

Claims (1)

1. Метод за калибриране на сензори на Хол, при който през отделните сензори се пропуска от токоизточник точно определена стойност1. A method for the calibration of Hall sensors, in which a specific value is passed from an individual sensor from a current source 66361 Bl от диапазона на захранващия ги ток, схемно се компенсира възникналото изходно паразитно напрежение на несиметрия (офсет) на сензора на Хол и двата му изходни контакта се свързват с входа на волтметър, характеризиращ се с това, че пред- 5 варително на един сензор на Хол от тестваните сензори се определя калибровъчната му права линия - магниточувствителността, като се регистрира изходното напрежение при фиксирани стойности на захранващия ток и на магнитната индукция, при което за този сензор в отсъствие на магнитно поле от генератор на напрежение се подава на изходните му контакти вече измерено при конкретен захранващ ток напрежение на Хол и се измерва с амперметър протичащия ток между двата изходни контакта на сензора, след което се определя отношението на захранващия ток през този сензор и тока през двата му изходни контакта, а за всеки от останалите сензори на Хол от тестваните сензори през изходните им контак ти от генератора на напрежение се подава същата стойност, с която вече е калибриран сензора с установената магниточувствителност и се измерва с амперметъра протичащия през двата изходни контакта на всеки от сензорите ток, а чрез вече известното отношение на захранващия ток към тока през изходните контакти за всеки един от подлежащите на калибриране сензори се определя съответния им захранващ ток, отговарящ на вече определената магниточувствителност.66361 Bl from the supply current range, schematically compensated for the resulting output parasitic voltage asymmetry (offset) of the Hall sensor and its two output contacts are connected to the input of a voltmeter, characterized in that it is pre-5 to a single sensor Hall of the tested sensors determines its calibration straight line - the magnetic sensitivity by registering the output voltage at fixed values of the supply current and the magnetic induction, whereby for this sensor in the absence of a magnetic field from a generator of the friction is applied to its output contacts already measured at a specific Hall supply current and measured by the ammeter the flow current between the two output contacts of the sensor, after which the ratio of the supply current through that sensor to the current through its two output contacts is determined, and for each of the other Hall sensors from the tested sensors through their output contacts to the voltage generator, the same value is given, which is already calibrated to the sensor with the established magnetic sensitivity and is measured with the ammeter against The current of the supply current to the current through the output contacts for each of the sensors to be calibrated determines the corresponding supply current corresponding to the already determined magnetic sensitivity.