摘 要：本文介紹一種采用銻化銦－銦共晶體磁敏電阻作為敏感元件的半導(dǎo)體薄膜型齒輪轉(zhuǎn)速傳感器，得出了傳感器檢測距離與磁阻輸出信號的關(guān)系曲線。傳感器驅(qū)動級采用推挽輸出的形式，輸出矩形脈沖負荷能力強，輸出拉電流最大可達200ma以上，當(dāng)溫度在-30℃～＋70℃之間變化時，信號處理電路輸出依然穩(wěn)定可靠。

    關(guān)鍵詞：銻化銦－銦；齒輪轉(zhuǎn)速傳感器；推挽驅(qū)動

    一、引言

    銻化銦齒輪轉(zhuǎn)速傳感器是一種測量旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速的裝置，由敏感元件和處理電路組成，其中，敏感元件采用半導(dǎo)體銻化銦薄膜磁阻元件制成。這種傳感器具有靈敏度較高、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點[1][2]，具有較強的實用性。但是用半導(dǎo)體銻化銦生產(chǎn)的轉(zhuǎn)速傳感器往往也存在一些缺陷，如半導(dǎo)體材料溫度系數(shù)較大，環(huán)境溫度改變時可能導(dǎo)致輸出誤報現(xiàn)象；此外，在實際生產(chǎn)中，還要考慮銻化銦磁阻的靜態(tài)阻值允許有一定不對稱性和離散性�；谝陨蟽蓚�特點，本文有針對性地設(shè)計了電路，抑制了溫漂的影響。

    二、銻化銦齒輪轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理

    半導(dǎo)體銻化銦insb轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理的理論基礎(chǔ)是磁阻效應(yīng)，即磁感應(yīng)強度變化引起磁敏電阻的電阻率改變。對于n型半導(dǎo)體材料，當(dāng)兩種載流子遷移率相差相當(dāng)懸殊而且空穴遷移率小到可忽略不計時，其電阻率的變化可表示為[3]：

    （rb-r0）/r0= 0.273mn2b2 (1)

    式中：b—磁感應(yīng)強度；

    rb、r0—磁感應(yīng)強度分別在b和0時材料的電阻率；

    mn—半導(dǎo)體材料中電子遷移率。

    insb材料具有電子遷移率高的特點，室溫下質(zhì)量良好的n型insb的電子遷移率可高達78000cm2/v?s，是制作磁敏電阻的合適材料。如果用薄膜工藝制造的銻化銦銦（insb-in）共晶體薄膜代替銻化銦單晶體，可以克服用傳統(tǒng)工藝制磁阻元件時須采用把單晶切片再研磨減薄工藝的許多缺點，節(jié)約了材料，提高了效率。

    銻化銦磁頭工作原理見圖1，它由兩個insb--in共晶體磁敏電阻 mr1和mr2、基片和永磁體等構(gòu)成。永磁體中發(fā)出的磁力線在空間中是發(fā)散的，有一部分穿越基片和磁敏電阻到達表面，且分布基本對稱。當(dāng)齒輪劃過磁頭某一磁阻附近的瞬間，磁力線密度在這個磁敏元件處增加，而在另一個磁敏元件處減小，從而導(dǎo)致兩個磁阻元件的阻值一個增加，一個減小。由于磁頭由穩(wěn)壓源供電（如圖2），由歐姆定理可知：在兩個磁敏元件連接點處輸出電壓va發(fā)生變化，即磁頭輸出隨之變化的電信號，這個信號的頻率可以反映齒輪旋轉(zhuǎn)快慢。

    三、信號處理電路的設(shè)計

    信號采集電路采用磁阻三端差分型輸出電路（如圖2），這種信號采集電路具有輸出信號較大和較強抑制溫漂的能力。

    信號處理電路采用阻容耦合型差動放大電路（如圖3），ic1和ic2為兩級差動放大，改變r3、r4、r5和r6的阻值可以調(diào)整放大倍數(shù)。運放的靜態(tài)電壓由r1和r2來調(diào)節(jié)，考慮到通常磁頭內(nèi)的上、下兩個磁阻元件不完全平衡，mr1與mr2的阻值會有10%以內(nèi)的差別，在＋5v的工作電源下，信號采集的輸出端電壓會在2.4v～2.6v之間。為了減少信號在磁頭與運放之間阻容耦合中的損失，一般把集成運放靜態(tài)電壓設(shè)置為低于2.5v，取2v比較合適。ic3為電壓比較器，電阻r7和r8用來調(diào)節(jié)比較器基準電壓。磁頭輸出的微弱信號經(jīng)過兩級電壓放大和電壓比較器后輸出為矩形脈沖。

    比較器輸出的脈沖驅(qū)動電流有限，一般不采用此脈沖直接驅(qū)動負載，而是經(jīng)過一驅(qū)動級電路。比較器輸出脈沖作為驅(qū)動級的輸入信號，再由驅(qū)動級輸出脈沖向外提供驅(qū)動信號。目前常用的驅(qū)動方法是集電極開路驅(qū)動法，而實際上這種方法存在驅(qū)動電流小和輸出的高電平不穩(wěn)定等缺點。下面介紹一種采用ttl推挽輸出的驅(qū)動電路。

    四、采用ttl推挽輸出的驅(qū)動電路的測量實驗

    下面通過實驗分別對磁頭輸出信號大小與檢測距離之間的關(guān)系、傳感器的驅(qū)動能力、傳感器溫度穩(wěn)定性等進行測試。

    1、磁頭輸出信號大小與檢測距離關(guān)系實驗

    隨機選出三個圖1所示的銻化銦磁頭，磁頭靈敏度均為3.2倍（b＝0.3t），分別標(biāo)記為1�！�3＃。改變檢測距離，分別記錄不同檢測距離時磁敏電阻輸出的信號峰值vpp，得出的磁敏電阻輸出信號與檢測距離的關(guān)系如圖4。

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