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1、大连东软信息学院 本科毕业设计（论文）本科毕业设计（论文） 系系 所：所： 电子工程系 专专 业：业： 电子信息工程（集成电路设计与系统方向） 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 导师职称：导师职称： 讲 师 完成日期：完成日期： 2014 年 4 月 28 日 论文题目论文题目：基于双极工艺的单线圈马达驱动电路基于双极工艺的单线圈马达驱动电路 版图设计与实现版图设计与实现 大连东软信息学院 Dalian Neusoft University of Information 大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 I 基于双极工艺的单线圈马达驱动电路 版图设计与实现
2、 摘 要 随着科学的发展和技术的进步，霍尔传感器已逐渐取得广泛应用。霍尔传感器是 根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，也被称作霍尔效应（Hall effect）传感器，是一 个换能器。霍尔效应是磁电效应的一种，它将变化的磁场转化为输出电压的变化。这 是霍尔（A. H. Hall，18551938）于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的这一现象。 后来发现半导体以及导电流体等都有这种现象，而半导体的霍尔效应要强于金属的霍 尔效应，且半导体霍尔效应更强大。利用霍尔效应制成各种霍尔元器件，并在工业信 息处理方面、检测技术方面和自动化技术等方面广泛地应用。霍尔效应是研究半导体 材料性能的基本方法，
3、通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，可以判断半导体材料的导 电类型和载流子浓度以及载流子迁移率等重要参数。 由于霍尔传感器的种类不是单一的一种且用途广泛，所以在医疗、机械、检测等 方面随处可见。霍尔效应传感器通常被用于计量车轮和车轴的速度、旋转计数等应用 方面上。其被应用在无刷直流电动机时，是被用来检测永磁铁的位置。所以霍尔传感 器的应用愈发显得重要，也是集成电路长期以来研究的焦点之一。 本文主要论述了霍尔传感器集成电路的设计与验证。包括开关型霍尔传感器的电 路设计及电路分析，介绍开关型霍尔传感器的组成部分：集成稳压器、差分放大器、 施密特触发器等。 关键词关键词：霍尔传感器，霍尔效应，集成电路版
4、图 大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract II The Layout Design and Implementation of One Coil Motor Drive Circuit Based on Bipolar Technology Abstract With the development of science and technology progress, hall sensor has been widely used. Hall sensor is one of the based on Hall effect production of a magnetic
5、field sensor, also known as the Hall effect sensors, is one kind of transducer. Hall effect is one kind of the magneto electric effect, it take the changing magnetic field trans into output voltage. This is A. H. Hall found this phenomenon in the research on the conductive mechanism of metal in 1879
6、. Then found out that semiconductor, conductive fluid also has this effect. But semiconductor hall effect better than metal hall effect, use of this phenomenon can made of every kinds of hall element, they widely used in industrial information processing, testing technology and automation technology
7、 etc. Hall Effect is the basic method of research semiconductor material performance. Through Hall Effect experiment measuring hall coefficient, can judge semiconductor material conduction type, carrier concentration and carrier mobility and other important parameters. Because the kinds of hall sens
8、or is not a single and it have abroad purpose, so we can found it everywhere in medical treatment, machinery detection etc. Hall Effect sensors are used for measuring the speed of the wheel and the speed of the axle, rotating counter and other applications. When it applied in brushless dc motor, can
9、 be used to detect the location of the permanent magnets. So hall sensor has become more and more important, it is also one of the integrated circuit research focus for a long time. This essay main discusses the hall sensor integrated circuits design and verification. Including switch type hall sens
10、ors circuit design and circuit analysis, introduces the switch type hall sensors components: integrated voltage regulator, differential amplifier, Schmitt trigger etc. Key words: Hall Sensors, Hall Effect, Integrated Circuit Layout 大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录 III 目目 录录 摘 要I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论.1 1.1 课题研究背景
11、与意义.1 1.1.1 研究步骤.1 1.1.2 研究方式.1 1.1.3 研究设想.2 1.2 课题研究内容与方法.2 1.3 课题研究现状.2 第 2 章 关键技术介绍.3 2.1 关键技术一.3 2.2 关键技术二.5 第 3 章 系统需求分析10 3.1 系统设计目标.10 3.2 系统功能需求.10 3.3 系统非功能需求.11 3.4 系统开发环境.12 3.5 系统可行性分析.12 3.5.1 技术可行性.12 3.5.2 经济可行性.12 第 4 章 系统设计13 4.1 系统设计指导原则.13 4.2 体系结构设计.13 4.3 电路功能设计.14 大连东软信息学院毕业设计（
12、论文） 目录 IV 4.4 电路详细设计.14 4.4.1 集成稳压器.14 4.4.2 射耦对差分输入级.15 4.4.3 放大电路.16 4.4.4 输出级.18 第 5 章 电路实现19 5.1 环境配置19 5.2 电路功能实现19 5.3 电路仿真23 第 6 章 版图实现26 6.1 环境配置26 6.2 版图设计.27 6.3 版图验证.29 6.3.1 验证方案.29 6.3.2 验证结果.31 第 7 章 结 论33 参考文献34 致 谢35 附录36 大连东软信息学院毕业设计（论文） -1- 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究背景与意义 随着科学的发展和技术的进步，霍尔传
13、感器已逐渐取得广泛应用。并且霍尔传感 器已经与我们的生活息息相关，不论小到儿童玩具还是大到医疗设备、科研设备，都 需要小小体积的霍尔传感器担当内部的成员，它的重要性不容忽视。因此不同种类的 霍尔传感器也不断地涌现。由于客户需求的提高和科技的发展，这就必然要求我们对 霍尔传感器的研究和技术上的支持要能够不断适应新需求的变化，为业务发展的需要 提供有效的帮助和支持。 该课题为院外企业的指导项目，也是实际存在的项目。该课题是为了寻求采用桥 式输出结构的一款风扇的驱动电路，使其可以应用在直流无刷电机和直流无刷风扇中， 得到更大的性能改善。整个项目可以在指导老师的指导下，由个人独立完成。通过完 成此次项
14、目，从过程中对霍尔元件、集成电路的设计、双极工艺的工艺流程以及版图 绘制的技巧有更加深刻的了解及认识。 1.1.1 研究步骤 第一步：收集材料，数据分析并进行有关调查。收集各种文献实体资料（主要在 实习单位收集参考产品说明等）和权威虚拟资料（通过互联网搜索获得）了解其他设 计者的设计理念和设计思想，进一步完善该研究课题的功能； 第二步：明确课题的研究方向，理解并掌握电路基本知识，学习电路分析，模拟 电路等相关知识。明确了解绘制版图所使用的软件，实用软件过程中所使用的快捷键， 对虚拟机中的常用命令熟练掌握，提前熟悉版图中常用的工艺尺寸，节省因工艺尺寸 错误而修改版图的时间； 第三步：明确研究课题
15、所使用的工艺。掌握基本的工艺流程，在不同的工艺下需 要注意的问题，以达到最佳的面积和功能。 1.1.2 研究方式 1. 文献查阅：通过文本书籍或者网络查阅来获得更全面的知识覆盖面，完成目前 所研究的课题内容； 2. 书籍知识的积累：在原有校内学到的知识基础上，加深对集成电路设计的了解， 广泛的接触各种集成电路版图设计工艺； 3. 院外指导老师的指导：在院外指导老师的指导下，解决没有通过文献查阅解决 的问题并且获得更多的技术指导和绘图技巧。 大连东软信息学院毕业设计（论文） -2- 1.1.3 研究设想 桥式结构的输出方式的难点在于需要共同驱动一组线圈，如果工作电压范围不够 宽，工作电流将达不到预期效果，影响霍尔传感器的功能。 1.2 课题研究内容与方法 霍尔传感器是一种磁敏传感器，它是通过霍尔效应的原理制成的。近几年为充分 满足信息采集的需求而快速发展起来的一种新兴传感器。这种霍尔具有宽泛的工作频 带、灵敏的响应速度、体积袖珍、灵敏强、无触点、方便集成以及多功能化等优点， 且方便与计算机和其它数字化高端仪器接口。因而被广泛应用在自动监测及测量、自 动报警及自动控制、信息传递、医药生物等多重领域。 开关型霍尔传感器（集成电路霍尔开关）是把霍尔片产生的霍尔电压 VH放大后驱 动触发电路，输出电压是能反映变化的方脉冲。开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔电 势发生器（硅霍尔片） 、差分放大
