一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構的製作方法

2023-10-24 01:28:22 4

專利名稱：一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種霍爾傳感器電流讀出的電路結構，更具體的說是一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構。
背景技術：
對於採用霍爾盤結構的CMOS霍爾傳感器集成電路，霍爾盤本身的失調電壓，溫度漂移以及CMOS工藝本身的噪聲(如Ι/f噪聲)等非理想因素的影響，會大大降低傳感器本身對磁場的感應靈敏度。其中霍爾盤自身的失調電壓佔主要影響。一種常見的解決方法是用兩個甚至更多個霍爾盤互相併聯起來，只是讓彼此注入的電流方向互相垂直。由於改變電流的方向只會影響霍爾盤失調電壓的極性，而不會改變輸出信號電壓，因此失調電壓得以消除。但是此種方法的缺點在於當進行大規模生產時，由於工藝的離散性，即使注意了形狀和位置的一致性，每個霍爾盤的特性都會是不一樣的，因此失調電壓不可能被完全抵消掉。 此外，由於CMOS霍爾傳感器的信號一般都比較微弱，只有幾十到幾百微伏的量級，為了讓後端電路能夠識別如此微弱的電壓，需對其先進行放大處理，而放大器本身也會有失調和噪聲的影響，這同樣對傳感器信號有幹擾。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可同時消除霍爾盤本身以及後端放大器的失調電壓和噪聲的正交旋轉電流讀出的電路結構。本發明解決上述的技術問題的技術方案是一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構，包括一個恆流源、六個NMOS開關、兩個PMOS開關、一個放大器和一個正四邊形霍爾盤，所述的八個MOS開關需要提供兩相不重疊時鐘來進行開關的選擇操作，正四邊形霍爾盤在其四角分別引出一個端子，與第一 PMOS開關和第二 PMOS開關的漏極分別相連，與第一 NMOS開關和的第二 NMOS開關的柵極分別相連，恆流源與第一 NMOS開關和的第二 NMOS開關的漏極分別相連，將電流從中注入到霍爾盤中，所述的第一 PMOS開關和第二 PMOS開關的的柵極與地連接，所述的第三PMOS開關的柵極、第四PMOS開關的漏極、第五 PMOS開關的柵極和第六PMOS開關的漏極分別與正四邊形霍爾盤的四個端子連接，所述的第三PMOS開關的漏極和第四PMOS開關的柵極與放大器的其中一個輸入端連接，第五PMOS 開關的漏極和第六PMOS開關的柵極與放大器的另一個輸入端連接。由於採用上述技術方案，本發明的有益效果是採用此電路結構可將霍爾信號電壓和失調電壓及噪聲分離，可將失調電壓及噪聲與後端放大器的輸入失調及噪聲合併在一起，便於下一級信號處理電路消除失調電壓和噪聲。


圖1為本發明的電路原理示意圖。圖2為本發明的信號變化示意圖。
圖3為本發明的具體電路工作示意圖。圖4為本發明所需的時鐘相位示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
如圖3所示，一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構，包括一個恆流源 101,兩個 PMOS 開關(102，103)，六個 NMOS 開關(104，105，106，107，108，109)，一個放大器 113和一個正四邊形霍爾盤110，以及大地111，112為放大器113的等效輸入失調和噪聲源 (定義為V0SA)。所述的八個MOS開關需要提供兩相不重疊時鐘來進行開關的選擇操作，正四邊形霍爾盤110在其四角分別引出一個端子，與兩個PMOS開關(102，103)和兩個NMOS開關(104，105)分別相連，恆流源101與其中的兩個PMOS開關(102，103)的另一端相連，將電流從中注入到正四邊形霍爾盤110中，剩餘的四個NMOS (106，107，108，109)開關的兩端分別與正四邊形霍爾盤110的四個端子及放大器113的兩個輸入端相連，將產生的霍爾電壓信號用放大器進行放大。放大器113的等效輸入失調和噪聲源112的兩端分別與兩個NMOS (106，107)的一端和放大器113的一個輸入端連接，兩個NMOS (104，105)的輸出端分別與地111連接。本發明的工作原理為如圖1所示，(1)恆流源從霍爾盤的a端子流入，從c端子流出，從b端子和d端子引出霍爾信號電壓VH，此狀態叫0度狀態；(2)恆流源從霍爾盤的 b端子流入，從d端子流出，從c端子和a端子引出霍爾信號電壓VH，此狀態叫90度狀態； 本發明就在於周期性的交替進行(1) (2)步驟，帶來的有益效果就是失調電壓及噪聲VOS 的極性在(1) (2)步驟中發生了反相變化，而霍爾信號電壓VH沒有變化，如圖2所示，因此只要周期交替(1) (2)步驟，便可將VH和VOS分離，便於後端信號電路進一步將失調電壓進行消除。本發明的具體工作步驟為(1)如圖4中時鐘相位所示，在CLKl相位為高，CLK2 相位為低時，對應0度狀態，PMOS開關102，NMOS開關(105，106，108)導通，PMOS開關103， NMOS開關(104，107，109)關斷。電流從恆流源101通過PMOS開關102流入正四邊形霍爾盤110的a端子，通過NMOS開關105從霍爾盤110的c端子流出，流入到大地111。而霍爾盤110的b，d端子則分別通過NMOS開關106，108與放大器113兩個輸入端相連。此時在放大器113的輸入端的等效輸入電壓為
Vt (0 度)=VH + IVOS (0 度)ι + IVOSA
(2)如圖4中時鐘相位所示，在CLKl相位為低，CLK2相位為高時，對應90度狀態， PMOS 開關 102,NMOS 開關(105，106，108)關斷，PMOS 開關 103,NMOS 開關(104，107，109)導通。電流從恆流源101通過PMOS開關103流入正四邊形霍爾盤110的b端子，通過NMOS開關104從霍爾盤110的d端子流出，流入到大地111。電流方向與步驟(1)中相互垂直。而霍爾盤110的 c端子則分別通過NMOS開關107，109與放大器113兩個輸入端相連。此時在放大器113的輸入端的等效輸入電壓為 Vt (90 度)=-VH + IVOS (0 度)ι + IVOSA
(3)由上述(1) (2)步驟可以看到，為了同時消除霍爾盤和放大器的失調及噪聲，選擇了在(1) (2)中將霍爾信號電壓進行了反相變換，而讓霍爾盤失調電壓VOS保持不變，因此很自然的將VOS與後端放大器的輸入失調及噪聲VOSA合併在一起，同時與霍爾信號電壓實現了分離。這樣做極大地便利了在下一級信號處理電路中很容易的消除掉失調電壓和噪聲，而且此種結構都是在單一霍爾盤上實現的，不存在工藝離散性帶來的不匹配問題，因此這種在單一霍爾盤上利用正交旋轉電流方法的讀出電路結構以極小的代價極大的提升了 CMOS霍爾盤的感應靈敏度。此外，此種方法可根據霍爾盤的形狀進行進一步的拓展應用，例如，將霍爾盤由四端子結構擴展成八端子或者十六端子結構，產生更多的電流方向，但彼此相互保持正交垂直的關係，就可以進一步消除失調電壓。
權利要求
1. 一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構，其特徵在於包括一個恆流源、六個NMOS開關、兩個PMOS開關、一個放大器和一個正四邊形霍爾盤，所述的八個MOS 開關需要提供兩相不重疊時鐘來進行開關的選擇操作，正四邊形霍爾盤在其四角分別引出一個端子，與第一 PMOS開關和第二 PMOS開關的漏極分別相連，與第一 NMOS開關和的第二 NMOS開關的柵極分別相連，恆流源與第一 NMOS開關和的第二 NMOS開關的漏極分別相連，將電流從中注入到霍爾盤中，所述的第一 PMOS開關和第二 PMOS開關的的柵極與地連接，所述的第三PMOS開關的柵極、第四PMOS開關的漏極、第五PMOS開關的柵極和第六PMOS開關的漏極分別與正四邊形霍爾盤的四個端子連接，所述的第三PMOS開關的漏極和第四PMOS開關的柵極與放大器的其中一個輸入端連接，第五PMOS開關的漏極和第六PMOS開關的柵極與放大器的另一個輸入端連接。
全文摘要
本發明公開了一種用於霍爾傳感器的正交旋轉電流讀出的電路結構。它包括恆流源、六個NMOS開關、兩個PMOS開關、放大器和正四邊形霍爾盤，八個MOS開關需要提供兩相不重疊時鐘來進行開關的選擇操作，正四邊形霍爾盤在其四角分別引出一個端子，與兩個PMOS開關和兩個NMOS開關分別相連，恆流源與其中的兩個PMOS開關的另一端相連，剩餘的四個NMOS開關的兩端分別與霍爾盤的四個端子及放大器的兩個輸入端相連，將產生的霍爾電壓信號用放大器進行放大。本發明可將霍爾信號電壓和失調電壓及噪聲分離，可將失調電壓及噪聲與後端放大器的輸入失調及噪聲合併在一起，便於下一級信號處理電路消除失調電壓和噪聲。
文檔編號H03K19/003GK102427360SQ201110420408
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者夏宇, 張成彬, 郭曉雷, 金湘亮 申請人:湖南追日光電科技有限公司