霍尔片单元、霍尔测量阵列及其使用方法和霍尔传感器

本发明属于半导体集成电路制造，特别是涉及一种霍尔片单元、霍尔测量阵列及其使用方法和霍尔传感器。

背景技术：

1、近年来，随着人力成本的提升，无人化工厂越来越多，对于产品的缺陷信息定位能力决定着产品的良率，如天然气波纹管的裂缝、弱焊接、石油管道的老化等，如检测不足将会产生危机人民生命财产安全的重大事故。

2、基于霍尔效应的磁传感器适用于宽量程的弱磁信号检测，但是目前的磁检测技术多采用单一封装的传感器去检测，而这样能够获取的信息十分有限，不能很好的反应产品的全部信息，工作室检测效率比较低，空间分辨率也不高。而多元件封装的传感器探头在沿传送带方向阵列占用面积比较大，导致相同面积下能够集成的霍尔元件比较少，而降低了样品的空间分辨率。

3、因此，亟待一种检测效率高、空间分辨率高且空间利用率高的霍尔传感器。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种霍尔片单元、霍尔测量阵列及其使用方法和霍尔传感器，用于解决现有技术中霍尔传感器空间分辨率低、空间利用率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种霍尔片单元，所述霍尔片单元包括：衬底、阱区和霍尔电气接触点；

3、所述阱区位于所述衬底上，所述霍尔电气接触点位于所述阱区上；

4、一个所述霍尔片单元的所述阱区上设置有4个所述霍尔电气接触点，4个所述霍尔电气接触点包括2个驱动电流端和2个输出电压端，2个所述驱动电流端分别为第一驱动电流端和第二驱动电流端，2个所述输出电压端分别为第一输出电压端和第二输出电压端；

5、所述阱区是在所述衬底上的投影为正方形，4个所述霍尔电气接触点在所述衬底上的投影分别位于所述阱区的四个方角上；每个所述阱区包括两个相互垂直的第一对角线和第二对角线，位于所述阱区的所述第一对角线上的2个所述霍尔电气接触点分别为2个所述驱动电流端，位于所述阱区的所述第二对角线上的2个所述霍尔电气接触点分别为2个所述输出电压端。

6、可选地，每个所述霍尔电气接触点在所述衬底上的投影为正方形，每个所述霍尔片单元的2个所述驱动电流端均有一条对角线与所述阱区的所述第一对角线重叠，每个所述霍尔片单元的的2个所述输出电压端均有一条对角线与所述阱区的所述第二对角线重叠。

7、可选地，每个所述霍尔片单元的所述阱区的边长为a，每个所述霍尔电气接触点与其所在的所述霍尔片单元的中心点之间的距离为b，a：b＝1：0.707。

8、本发明还提供一种霍尔测量阵列，所述霍尔测量阵列包括：多个上述任意一种所述的霍尔片单元为第一霍尔片单元，所述第一霍尔片单元的所述第一对角线在第一直线上进行排列，位于所述第一直线上的两个相邻但不属于同一个所述第一霍尔片单元的第一驱动电流端和第二驱动电流端之间共用一个引脚衬垫；

9、另有多个上述任意一种所述的霍尔片单元为第二霍尔片单元，每个所述第一霍尔片单元与一个对应的所述第二霍尔片单元相邻设置，所述第一霍尔片单元的第一对角线和所述第二霍尔片单元的第一对角线垂直，所述第二霍尔片单元的数量与所述第一霍尔片单元的数量均为n，n为大于等于1的整数；

10、多个所述第二霍尔片单元的所述第二对角线在第二直线上进行排列，所述第一直线与所述第二直线平行且相邻；每个所述第二霍尔片单元的第二输出电压端与对应的所述第一霍尔片单元的第二对角线在同一直线上，每个所述第二霍尔片单元的所述第一对角线与对应的所述第一霍尔片单元的第二驱动电流端在同一直线上；

11、所述第二霍尔片单元的所述第二输出电压端与对应的所述第一霍尔片单元的所述第二输出电压端共用一个引线衬垫，所述第二霍尔片单元的所述第一驱动电流端与对应的所述第一霍尔片单元的所述第二驱动电流端共用一个引线衬垫。

12、可选地，所述正方形的边长为a，相邻两个所述第一霍尔片单元的两个所述第二对角线之间的距离和相邻两个所述第二霍尔片单元的两个所述第一对角线之间的距离均为c，a：c＝1：2。

13、可选地，所述第一霍尔片单元的所述第一驱动电流端与正向驱动电流导线连接；所述第二霍尔片单元的所述第二驱动电流端与负向驱动电流导线连接。

14、可选地，相邻的两个所述第一霍尔片单元的所述第二输出电压端之间通过参考电压线进行连接，所述参考电压线与参考电压源连接。

15、本发明还提供一种霍尔传感器，所述霍尔传感器使用上述的霍尔测量阵列，所述霍尔传感器用于测量位于传送带上的待测物，所述霍尔测量阵列中所述第一霍尔片单元的所述第一对角线所在的所述第一直线垂直于所述传送带移动的方向。

16、本发明还提供一种霍尔测量阵列的使用方法，所述使用方法使用上述的霍尔测量阵列进行，所述霍尔测量阵列包括单一模式和联动模式两种工作模式；

17、处于单一模式时，单独给所述正向驱动电流导线连接电流源，所述负向驱动电流导线接地，或单独给所述负向驱动电流导线连接电流源，所述正向驱动电流导线接地；读取对应的所述霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值和所述第二输出电压端的电压值，得到输出电压值；

18、处于联动模式时，同时给所述正向驱动电流导线连结正向电流源，给所述负向驱动电流导线连接负向电流源；读取对应的所述第一霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值和所述第二霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值，得到输出电压值。

19、可选地，相邻的两个所述第一霍尔片单元的所述第二输出电压端之间通过所述参考电压线进行连接，且所述霍尔测量阵列处于联动模式时，存在并联测量和串联测量两种测量方式；

20、使用并联测量时，所述参考电压线连接参考电压源，通过所述第一霍尔片单元或所述第二霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值和所述参考电压源的电压值得到对应的所述霍尔片单元的输出电压；

21、使用串联测量时，所述参考电压线悬空，通过所述第一霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值和其串联的所述第二霍尔片单元的所述第一输出电压端的电压值得到所述第一霍尔片单元和对应的所述第二霍尔片单元串联的输出电压。

22、如上，本发明的霍尔片单元、霍尔测量阵列及其使用方法和霍尔传感器，具有以下有益效果：

23、本发明通过设置阱区投影为正方形的霍尔片单元，提高霍尔片单元的空间利用率；

24、本发明上下霍尔片阵列之间共用引脚衬垫，便于霍尔片单元引脚键合；

25、本发明设置参考电压线，抑制失调电压；

26、本发明通过设置霍尔测量阵列交替或同时工作，提高使用寿命同时提高可实现的空间分辨率。

技术特征：

1.一种霍尔片单元，其特征在于，所述霍尔片单元包括：衬底、阱区和霍尔电气接触点；

2.根据权利要求1所述的霍尔片单元，其特征在于，每个所述霍尔电气接触点在所述衬底上的投影为正方形，每个所述霍尔片单元的2个所述驱动电流端均有一条对角线与所述阱区的所述第一对角线重叠，每个所述霍尔片单元的的2个所述输出电压端均有一条对角线与所述阱区的所述第二对角线重叠。

3.根据权利要求1所述的霍尔片单元，其特征在于，每个所述霍尔片单元的所述阱区的边长为a，每个所述霍尔电气接触点与其所在的所述霍尔片单元的中心点之间的距离为b，a：b＝1：0.707。

4.一种霍尔测量阵列，其特征在于，所述霍尔测量阵列包括：多个权利要求1-3中任意一项所述的霍尔片单元为第一霍尔片单元，所述第一霍尔片单元的所述第一对角线在第一直线上进行排列，位于所述第一直线上的两个相邻但不属于同一个所述第一霍尔片单元的第一驱动电流端和第二驱动电流端之间共用一个引脚衬垫；

5.根据权利要求4所述的霍尔测量阵列，其特征在于，所述正方形的边长为a，相邻两个所述第一霍尔片单元的两个所述第二对角线之间的距离和相邻两个所述第二霍尔片单元的两个所述第一对角线之间的距离均为c，a：c＝1：2。

6.根据权利要求4所述的霍尔测量阵列，其特征在于，所述第一霍尔片单元的所述第一驱动电流端与正向驱动电流导线连接；所述第二霍尔片单元的所述第二驱动电流端与负向驱动电流导线连接。

7.根据权利要求6所述的霍尔测量阵列，其特征在于，相邻的两个所述第一霍尔片单元的所述第二输出电压端之间通过参考电压线进行连接，所述参考电压线与参考电压源连接。

8.一种霍尔传感器，其特征在于，所述霍尔传感器使用权利要求4-7中任意一项所述的霍尔测量阵列，所述霍尔传感器用于测量位于传送带上的待测物，所述霍尔测量阵列中所述第一霍尔片单元的所述第一对角线所在的所述第一直线垂直于所述传送带移动的方向。

9.一种霍尔测量阵列的使用方法，其特征在于，所述使用方法使用权利要求6-7中任意一项所述的霍尔测量阵列进行，所述霍尔测量阵列包括单一模式和联动模式两种工作模式；

10.根据权利要求9所述的霍尔测量阵列的使用方法，其特征在于，相邻的两个所述第一霍尔片单元的所述第二输出电压端之间通过所述参考电压线进行连接，且所述霍尔测量阵列处于联动模式时，存在并联测量和串联测量两种测量方式；

技术总结
本发明提供一种霍尔片单元、霍尔测量阵列及其使用方法和霍尔传感器，霍尔片单元包括衬底、衬底上的阱区和阱区上的4个霍尔电气接触点；阱区在衬底上的投影为正方形，霍尔电气接触点分别位于正方形的四个顶角内；正方形第一对角线上的霍尔电气接触点为驱动电流端，正方形第二对角线上的霍尔电气接触点为输出电压端。本发明通过设置阱区投影为正方形的霍尔片单元，提高霍尔片单元的空间利用率；同时通过上下霍尔片阵列之间共用引脚衬垫，便于霍尔片单元引脚键合；另外，设置参考电压线，抑制失调电压；最后，通过设置霍尔测量阵列交替或同时工作，提高使用寿命同时提高可实现的空间分辨率。

技术研发人员：王海,林涛,李子豪,赵寅瀚,孔祥燕
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15