Η ελάττωση της τάσης offset σε αισθητήρες ρεύματος βασισμένους στο φαινόμενο Hall

Abstract

The research in this dissertation aims at finding a truly offset less silicon Hall plate. Only the magnetic field sensitive Hall effect is on interest in Hall plates all sources of offset i.e. all other transduction effects need to be reduced. The offset which changes with packaging stress in the sensor housing temperature and time determines the minimum magnetic field that can be measured typically 100mT without (periodically) calibrating the sensor. The only way to consistently reduce the varying source of offset is to adaptively compensate them by means of a single sensor. After categorizing the sources of offset Hall plates we introduce the spinning - current method as a novel way of separating the transduction effects according to their current - orientation dependence. With the spinning - current technique the offset caused from any source can be reduced. The low residual offset of less than 100μΤ is determined by only those sources of offset which show the same orientation independence as the Hall Effect, i.e. the Peltier effect and inhomogeneities. In spinning - current Hall plates, the offset is a factor of ten or more lower in currently available orthogonally coupled Hall plates. […]

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή σκοπός και επιδίωξη ήταν μια πραγματικά απαλλαγμένη από offset συσκευή αισθητήρα Hall. Mόvo τα εξαρτώμενα από το μαγνητικό πεδίο φαινόμενα λήφθηκαν υπόψη στην παρούσα εργασία. Όλες οι πηγές παραγωγής offset και όλες οι πήγες άλλων ισοδυνάμων φαινομένων χρειάζεται να ελαττωθούν. Το offset μεταβάλλεται με την πίεση που προκαλείται από τον εγκλεισμό του αισθητήρα στο κέλυφός του, την θερμοκρασία και τον χρόνο και προσδιορίζει ένα ελάχιστο μαγνητικό πεδίο που μπορεί να μετρηθεί τυπικά στα 100μT χωρίς περιοδική βαθμονόμηση του αισθητήρα. Ο μόνος τρόπος που μπορεί να μειώσει τις μεταβαλλόμενες πηγές παραγωγής του offset είναι να επιδιωχθεί μια προσπάθεια αντιστάθμισής τους και μάλιστα σε ένα και μόνο αισθητήρα. Μετά από την κατηγοριοποίηση των πηγών παράγωγης offset σε πλακέτες Hall, η μέθοδος της περιστροφής του ρεύματος (spinning current technique) είναι μια μέθοδος που ελαττώνει την τάση offset με βάση την διεύθυνση πόλωσης στην ροής του ρεύματος πόλωσης. Με την τεχνική αυτή μπορεί να μειωθεί η τάση offset από όποια πηγή και εάν προέρχεται. Η μικρότερη τιμή παραμένοντος offset είναι κάτω από τα 100μΤ και προσδιορίζεται από πήγες που έχουν την ίδια ανεξαρτησία με την διεύθυνση όπως στο φαινόμενο Hall, το φαινόμενο Peltier κ.α. Στις πλακέτες οι οποίες έχουν μια κυκλική συμμετρία μπορεί να εφαρμοσθεί η τεχνική της περιστροφής του ρεύματος, ο παράγοντας offset τότε είναι δέκα ή ακόμα περισσότερες φορές χαμηλότερος από τις πλακέτες Hall που βρίσκονται σε ορθογώνια σύζευξη. […]