[實用新型]基于CMOS工藝的霍爾開關失調電壓消除電路

無效

• 申請號: 201120129323.2
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN202094863U
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 張良;羅杰;羅立權;劉心澤
• 申請（專利權）人: 燦瑞半導體（上海）有限公司
• 主分類號: H03K17/90
• 分類號: H03K17/90;H03K17/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術領域

本實用新型涉及霍爾開關電路，特別是涉及一種基于CMOS工藝的霍爾開關失調電壓消除電路。?

背景技術

霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是美國物理學家霍爾(A.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金屬的導電機構時發現的。當電流垂直于外磁場通過導體時，在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象便是霍爾效應，這個電勢差也被叫做霍爾電壓V_H。?

以霍爾效應為基礎的霍爾傳感器已發展成一個品種多樣的磁傳感器產品家族，被越來越廣泛地應用于工業控制的各個領域?；魻栭_關即是其中的一種應用，它利用通電的集成霍爾薄片檢測外部磁場，將磁場的變化參量轉變為數字電壓的形式輸出，使之具備開關的功能?；贑MOS工藝的集成霍爾開關因其工藝簡單、成本低廉等優點，已廣泛應用在工業控制、智能儀器儀表和消費類電子等領域。?

常規的霍爾開關電路構成模塊如圖1所示，包括穩壓器&電壓偏置101，霍爾薄片102，霍爾電壓放大器103，遲滯比較器104和鎖存輸出單元105。其中，穩壓器&電壓偏置101為其它電路提供穩定的電壓和電流偏置，霍爾薄片102感應磁信號并將其轉化為電壓信號，霍爾電壓放大器103對采集到的霍爾電壓信號進行放大，放大后的電壓信號與設定的閾值電壓在遲滯比較器104進行比較，輸出相應的電壓信號到輸出鎖存105，時鐘信號與邏輯控制106為遲滯比較器204和輸出鎖存205提供時鐘信號和邏輯控制信號。?

隨著現代電子微型化和低功耗的發展趨勢，基于CMOS工藝的霍爾傳感器產生的霍爾電壓越來越微弱，一般為幾十μV到幾十mV，而且受生產工藝?的波動，器件內存在的溫度梯度以及芯片封裝使產生的應力的影響，致使CMOS霍爾傳感器產生很嚴重的失調電壓。對于微弱的霍爾電壓來說，這些非理想因素甚至大到掩蓋了需要檢測的霍爾電壓，因此，必須采用相關技術來減小其失調電壓。?

中國專利公開號CN101833073A提出了一種減小霍爾開關失調電壓的方法，該方法分別利用旋轉電流法和雙相關采樣法減小了霍爾薄片和電壓放大器的失調。這種方法不但沒有考慮遲滯比較器的失調電壓，而且并不能完全消除霍爾薄片失調電壓的影響，隨著霍爾電壓進一步降低，失調電壓的影響會逐步顯現，甚至會影響到霍爾開關的輸出狀態。?

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有技術中所存在的缺陷，提供一種基于CMOS工藝技術的霍爾開關失調電壓消除電路。?

本實用新型所提出的霍爾開關失調電壓消除電路，包括穩壓及電壓偏置單元，提供電源和偏置電壓；霍爾薄片電路，分別在0°和90°兩個方向感應磁信號并將其轉化為霍爾電壓信號；電壓放大器，將所述霍爾電壓信號進行差分放大；信號處理單元，將所述放大后的霍爾電壓信號轉換為單端電壓并進行失調電壓的消除以得到處理后的電壓信號；遲滯比較器，將處理后的電壓信號與設定的閾值電壓進行遲滯比較；時鐘信號與邏輯控制單元，為霍爾薄片、信號處理單元、遲滯比較器提供時鐘信號和邏輯控制信號；其中第一時鐘信號控制霍爾薄片為0°狀態時霍爾電壓的放大和存儲，并將第二時鐘信號分為第三時鐘信號和第四時鐘信號，第三時鐘信號控制90°狀態霍爾電壓的放大和存儲，第四時鐘信號控制0°狀態、90°狀態時的霍爾電壓與閾值電壓的運算和比較，以消除霍爾薄片的失調電壓；所述第一時鐘信號和第二時鐘信號互不重疊。?

所述霍爾薄片電路包括霍爾薄片，分別連接在霍爾薄片一個相鄰兩端和穩壓及電壓偏置單元輸出之間的第一PMOS開關管、第二PMOS開關管，分別連接在霍爾薄片另一個相鄰兩端和地線之間的第一NMOS開關管、第二NMOS開關管，分別連接在霍爾薄片所述一個相鄰兩端和霍爾薄片第一輸出?端之間的第三PMOS開關管、第四PMOS開關管，分別連接在霍爾薄片所述另一個相鄰兩端和霍爾薄片第二輸出端之間的第三NMOS開關管、第四NMOS開關管。?

所述電壓放大器包括兩個對稱的第一、第二運算放大器，連接第一、第二運算放大器的反相輸入端的第一電阻，連接第一運算放大器的反相輸入端和輸出端的第二電阻，以及連接第二運算放大器的反相輸入端和輸出端的第三電阻；所述第一、第二、第三電阻采用相同的材料制成，第一、第二運算放大器的正相輸入端分別連到霍爾薄片的兩個輸出端。?