Контакты
- Телефон
- +7 (495) 308-90-60
- Почта
- info@prom-tex.org
- Адрес
- г. Москва,2-й Кожуховский пр-д, д. 29, к. 2, стр. 16
Датчик Холла на ГРАФЕНЕ

Датчики Холла являются промышленным выбором для магниточувствительных датчиков среднего класса чувствительности благодаря низкой стоимости, малых размеров и легкой интеграции. Тем не менее, всем полупроводниковым датчикам Холла присущи недостатки, вызванные трудностями с помехами, большая дисперсия допирования и нежелательные пьезоэлектрические эффекты. Методика, называемая «модуляция вращающимся током», частично уменьшает статические смещение но в ущерб для полосы пропускания. Без этого остаточное смещение настолько велико, что ограничивает класс точности в большинстве случаев. Более того, остаточное смещение зависит от таких факторов, как температура, конструкция датчика, напряжение, колебания и старение. Методы модуляции всегда были спасительным инструментом в борьбе со статическими погрешностями. А какую цену при этом приходится платить в части быстродействия, легко продемонстрировать на примере ОУ К140УД13. Быстродействие его находится в пределах нескольких кГц из-за МДМ режима работы (модулятор/демодулятор). В связи с этим модуляция периодическим переключением токовых контактов на холловские и обратно, при котором создается эффект вращения вектора тока в пластине датчика, заведомо ограничивает применение датчиков в высокочастотных применениях. Но испытательные стенды, на которых производятся испытания двигателей с имитаторами нагрузки, соединенными с двигателем через вал, как раз и являются низкочастотными применениями. Так что разработчики/производители испытательных стендов, датчиков вращения, датчиков крутящего момента должны находиться в постоянном ожидании "новостей с фронта". Не сегодня-завтра мы увидим коммерческий датчик Холла для измерения угловой скорости вала по МДМ-технологии, возможно, на графеновой пленке. Так называемый «эффект Холла» возникает, когда магнитное поле ориентировано перпендикулярно электрическому току. Магнитное поле генерирует разность потенциалов на проводнике с током, называемую напряжением Холла, в направлении, перпендикулярном как направлению магнитного поля, так и направлению протекания тока. Измеряя электрическое напряжение Холла, можно определить величину соответствующего компонента магнитного поля. Типичные датчики Холла обычно представляют из себя полоску или пластинку из электропроводящего материала или полупроводника с протекающим через неё электрическим током. Когда пластинка расположена в магнитном поле, так что компонент поля перпендикулярен пластине, внутри пластины генерируется электрическое напряжение Холла в направлении, перпендикулярном как направлению магнитного поля, так и направлению текущего тока.
Полупроводниковые датчики с эффектом Холла, изготовленные с использованием современных технологий, обычно содержат чувствительный элемент-пластинку, изготовленную из кремния. Магнитная чувствительность этих устройств напрямую связана и ограничена подвижностью электронов, свойствами материала, используемого для создания чувствительного элемента. Кремний обычно имеет подвижность электронов приблизительно 1500 см 2 / (Vs). Графен, напротив, может иметь подвижность электронов в диапазоне 4500-40000 см 2 / (Vs). Следовательно, устройство с эффектом Холла, использующее чувствительный элемент, изготовленный из графена, будет иметь гораздо более высокую магнитную чувствительность, чем типичное устройство на основе кремния. Ожидается, что датчики Холла, использующие графен в качестве чувствительной пластинки/пленки, будут обеспечивать более высокие шумовые характеристики в зависимости от достигнутой мобильности носителей заряда. Однако датчики графеновые Холла страдают от той же проблемы смещения "нуля" полупроводниковых приборов/датчиков Холла. В представленном примере графеновый датчик Холла (GHS) использует модулированный сигнал управления затвором, который переключает управляющий ток между двумя практически идентичными каналами. Ток смещения может быть подан на первый канал. Выходной сигнал снимается со второго канала датчика Холла и включает модулированный сигнал эффекта Холла и напряжение смещения. Чистая амплитуда напряжения Холла, без напряжения смещения может быть выделена из результирующего выходного напряжения. Технология модуляции пространственным перенаправлением управляющего тока обнаруживает способность не только подавлять смещения нуля и низкочастотные шумы, но и посторонние/паразитные сигналы типа сетевых наводок и термо-эдс, связанных с контактными соединениями платы электроники датчика Холла и выносной головки датчика Выбор адекватного процесса модуляции для достижения указанных целей поясняется ниже:
- -Оптимизация компонентов аналоговой микросхемотехники, включая аналоговые переключатели, дифференциальные усилители, фильтры, соединители и пр. для заданных условий измерения.
- - Печатные платы для оптимального функционирования широкого класса датчиков Холла и приложений, включая вставляемые через разъемы модули для различных диапазонов измерения и способов обмена данными.
- - Временная последовательность переключений в процессе модуляции, частота модуляции и тонкая настройка временных задержек, управляемых программными средствами
С этой платой и оптимизированной последовательностью процесса модуляции показано, что когда головка датчика Холла находится на кабеле длиной 1.5 м, паразитные наводки, связанные с соединениями в системе успешно подавляются. Показано, что напряжение смещения подавляется на 4 декады с 630 микроТесла до уровня ниже 100 наноТесла для системы со шкалой +/- 35 миллиТесла. Остаточный шум имеет спектр белого шума до по крайней мере 60 мГц, близкий к тепловому шуму Джонсона-Найквиста. Продемонстрирована возможность измерить сигнал на уровне 30 наноТесла в субгерцовом диапазоне частот.