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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：该发明公开了一种十字型电流霍尔元件模型建立方法，涉及微电子学与固体电子学领域，特别涉及霍尔传感器。本发明采用COMSOL仿真平台来构建并分析通电低阻导线的行为级模型。通过COMSOL，测定霍尔元件在800μm距离处，当导线通过在一定范围内变化的电流时产生的磁场强度。这一步骤对于确立导线中电流与生成磁场强度之间的定量关系至关重要。为了优化模型仿真度本模型添加十字型实体霍尔器件测试结果作为修正。在测量出实体霍尔器件的等效电阻，电流相关灵敏度以及失调电压分别为1180.33Ω，36.2927VAT，20.1mV并且作为参数输入模型后，模型的等效电阻，电流相关灵敏度以及失调电压分别为1180.33Ω，36.2833VAT，20.125mV。表明此模型能很好地模拟真实器件性能，使得模型更加准确。

主权项：1.一种十字型电流霍尔元件仿真方法，该方法包括以下步骤：步骤1:利用电压源，电流源，特斯拉计以及产生静态磁场的电磁铁来测试真实十字霍尔器件参数；步骤2:进行真实霍尔元件的电阻测量，测量给霍尔器件施加恒定电压偏置时的两端电流，利用施加恒定电压除以电流测量结果，得到等效电阻；步骤3:进行真实霍尔元件的失调电压测量，使用数字万用表测量霍尔元件两端的电势差，在没有外加磁场的情况下，施加恒定电压或电流给霍尔元件进行偏置，测量出的电势差即为霍尔元件的失调电压，由于Verilog-A根据慧斯通电桥模型来模拟霍尔器件，通过给霍尔器件两个相对接口的电阻乘以一个值来人为模拟霍尔器件内部的电阻差；根据测出的失调电压再使用逐次逼近法得到对应的失调系数；步骤4:进行真实霍尔元件的霍尔电压测量，在电磁铁的开口处放置预先设置好的霍尔元件，然后使用数字万用表测量霍尔元件的极间电势差；通过从该电势差中减去之前测得的失调电压，得到霍尔元件在磁场中产生的霍尔电压；步骤5:测量真实霍尔器件灵敏度，测量不同磁场大小情况下的霍尔电压并且将数据利用EXCEL软件绘制成散点图，使用“趋势线”功能得到散点图趋势线的斜率，将此值除以偏置电压再乘以等效电阻即为电流相关灵敏度；步骤6:在COMSOLMultiphysics平台下构建通电低阻导线的行为级模型，测量导线在导通以1安培作为步长的1到40安培的电流时距离线圈800μm的探测点分别对应的磁场强度；步骤7:采用四电阻的惠斯通电桥模型来模拟霍尔失调电压，同时采用电流控制电压源来模拟霍尔元件产生霍尔电压；定义一个五端口的模块，对应四电阻的惠斯通电桥模型的上端口top、下端口bottom、左端口left、右端口right、同时再定义一个磁场感应端口VB；步骤8:定义节点以及其类型；分别为上端口top、左端口left、下端口bottom、右端口right四个端口对应设置两组电学属性的节点ti、li、bi、ri，ti1、li1、bi1、ri1，再为四个接口对应定义一组实数类型的电流参变量It、Ib、Ir、Il；再定义三个实数参变量rd、si、rr用来分别赋值等效电阻、电流相关灵敏度、失调参数，将之前步骤中的测量值分别赋入；步骤9：建立四电阻的惠斯通电桥模型，使用电学属性的节点ti,li,bi,ri，并且利用信号获取函数Vti，li+rd*Iti，li进行赋值，其中Vti，li表示ti，li两个节点之间的电压差，Iti，li表示ti，li两个节点之间的电流差，+为赋值符号；Vli，bi+rd*Ili，bi进行赋值，其中Vli，bi表示li，bi两个节点之间的电压差，Ili，bi表示li，bi两个节点之间的电流差，+为赋值符号；Vbi，ri+rd*Ibi，ri进行赋值，其中Vbi，ri表示bi，ri两个节点之间的电压差，Ibi，ri表示bi，ri两个节点之间的电流差，+为赋值符号；Vri，ti+rd*Iri，ti进行赋值，其中Vri，ti表示ri，ti两个节点之间的电压差，Iri，ti表示ri，ti两个节点之间的电流差，+为赋值符号；步骤10：给上端口top、下端口bottom、左端口left、右端口right这四个端口分别建立对应的电流控制电压源模型，每个端口对应的信号将通过对应的电流控制电压源模型后输出，将ti、li、bi、ri，ti1、li1、bi1、ri1这两组之间相同端口对应的节点之间的电压差赋值为0.0，同时将ti、li、bi、ri，ti1、li1、bi1、ri1这两组之间相同端口对应的节点之间的电流差赋值给对应的实数参变量It、Ib、Ir、Il；步骤11：利用信号获取函数Vright,ri1+0.5*si*Ib*VVB进行输出赋值，其中Vright,ri1表示right端口对应的电流控制电压源模型两端的电压差，VVB表示VB端口的输入信号；利用信号获取函数Vtop,ti1+0.5*si*Ir*VVB进行输出赋值，其中Vtop,ti1表示top端口对应的电流控制电压源模型两端的电压差；利用信号获取函数Vleft,left1+0.5*si*It*VVB进行输出赋值，其中Vleft,li1表示right端口对应的电流控制电压源模型两端的电压差；利用信号获取函数Vbottom,bi1+0.5*si*Il*VVB进行输出赋值，其中Vbottom,bi1表示bottom端口对应的电流控制电压源模型两端的电压差；在此基础上将top端口上的赋值再乘以失调参数rr来模拟失调电压；将left，right两个端口施加一个5V的电压差，另外两个端口之间的电压差即为霍尔电压；步骤12:输入电流，采用步骤6的方法得到测量点的磁场，将磁场采用步骤7到步骤11的方法，得到霍尔电压。

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