A CMOS Front-End Hall Sensor Microsystem for Linear Magnetic Field Measurement With Best Tradeoff Between Sensitivity and SNR

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作者
Yue Xu,Bing Wang,Xingxing Hu,Lei Jiang
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71: 1-8 被引量:8
标识
DOI:10.1109/tim.2022.3142746
摘要

A monolithic integrated front-end CMOS Hall sensor microsystem working at the current mode is presented for linear magnetic field measurement. The geometry of the cross-shaped Hall plates is optimized to enable the best tradeoff between current sensitivity and signal-to-noise ratio (SNR) by theoretical modeling. Furthermore, a novel current-mode four-phase spinning current method combined with the correlated double sampling demodulation technique is proposed to amplify the weak Hall current signals and to cancel the high offset and noise. Fabricated using a standard 0.18- $\mu \text{m}$ low-voltage CMOS technology, it is experimentally demonstrated that a maximum current sensitivity of 6.86%/T and an optimal SNR are achieved when the cross length-to-width ( $L/W)$ ratio of the Hall plate is about 0.4. At a supply voltage of 3.3 V, the linearity of the Hall sensor microsystem is up to 99.9% in the magnetic field range within ±200 mT. The magnetic field resolution is as low as 100 $\mu \text{T}$ , the residual offset is less than $52~\mu \text{T}$ , and the power consumption is about 15.4 mW.
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