[發(fā)明專利]基于硅霍爾效應(yīng)的磁編碼器芯片結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811600198.1
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109506681B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽忠明;田劍彪
• 申請（專利權(quán)）人: 紹興光大芯業(yè)微電子有限公司
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

1.一種基于硅霍爾效應(yīng)的磁編碼器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的芯片結(jié)構(gòu)包括：

硅霍爾元件陣列(100)，包括第一硅霍爾元件(H0)、第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)、第五硅霍爾元件(H4)，其中，所述的第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)、第五硅霍爾元件(H4)呈正方形對稱分布，所述的第一硅霍爾元件(H0)位于正方形中間；

模式選擇模塊(200)，與所述的硅霍爾元件陣列(100)相連接，用于選擇正常工作模式和定位校準模式；

模擬前端模塊(300)，與所述的模式選擇模塊(200)相連接，用于檢測和放大所述硅霍爾元件陣列(100)產(chǎn)生的霍爾電壓信號，同時把前端失調(diào)電壓降到最低；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(400)，與所述的模擬前端模塊(300)相連接，用于把各個通道的模擬霍爾電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并輸出第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)和第五硅霍爾元件(H4)產(chǎn)生的霍爾電壓Vx1、Vx2、Vx3和Vx4；

解調(diào)算法模塊(500)，與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(400)相連接，用于計算和解調(diào)角度輸出和進行應(yīng)用端的安裝定位校準；

正常工作模式下，四個相同設(shè)計但獨立工作的模擬前端模塊(300)分別檢測第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)和第五硅霍爾元件(H4)的霍爾電壓信號；定位校準模式下，第一硅霍爾元件(H0)同時接入四個模擬前端模塊(300)，四個模擬前端模塊(300)與第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)和第五硅霍爾元件(H4)斷開；

所述的解調(diào)算法模塊(500)包括：

第一數(shù)學(xué)運算模塊(MATH1)，與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(400)相連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出信號進行(Vx1-Vx2-Vx3+Vx4)/(Vx2+Vx3-Vx4-Vx1)運算；

第二數(shù)學(xué)運算模塊(MATH2)，與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(400)相連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出信號進行(Vx1-Vx3)/(Vx2-Vx4)運算；

第四數(shù)學(xué)運算模塊(MATH4)，與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(400)相連接，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出信號進行(Vx1+Vx2+Vx3+Vx4)運算；

所述的解調(diào)算法模塊(500)還包括第一反正切函數(shù)計算模塊(ATAN1)，與所述的第一數(shù)學(xué)運算模塊(MATH1)相連接，用于對所述的第一數(shù)學(xué)運算模塊(MATH1)的信號進行反正切運算得到反正切運算的角度a1；

所述的解調(diào)算法模塊(500)還包括第二反正切函數(shù)計算模塊(ATAN2)，與所述的第二數(shù)學(xué)運算模塊(MATH2)相連接，用于對所述的第二數(shù)學(xué)運算模塊(MATH2)的信號進行反正切運算，得到反正切運算的角度a2；

所述的解調(diào)算法模塊(500)還包括第三數(shù)學(xué)運算模塊(MATH3)，與所述的第一反正切函數(shù)計算模塊(ATAN1)和第二反正切函數(shù)計算模塊(ATAN2)相連接，用于對所述第一反正切函數(shù)計算模塊(ATAN1)和第二反正切函數(shù)計算模塊(ATAN2)的輸出進行(a1+a2)/2的運算，并作為a0輸出；

所述的解調(diào)算法模塊(500)還包括幅度檢測模塊，與所述的第四數(shù)學(xué)運算模塊(MATH4)相連接，用于檢測幅度的最大值，并作為a3輸出；

所述的解調(diào)算法模塊(500)還包括數(shù)據(jù)選擇模塊(MUX)，與所述的第三數(shù)學(xué)運算模塊(MATH3)和幅度檢測模塊相連接，用于選擇最終的輸出信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅霍爾效應(yīng)的磁編碼器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)和第五硅霍爾元件(H4)處于正常工作模式，第一硅霍爾元件(H0)處于校準模式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅霍爾效應(yīng)的磁編碼器芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的得到反正切運算的角度a1，具體為：

根據(jù)以下公式得到反正切運算的角度a1：

其中，A1、A2、A3、A4分別為第二硅霍爾元件(H1)、第三硅霍爾元件(H2)、第四硅霍爾元件(H3)和第五硅霍爾元件(H4)的正弦波的幅值，與永磁體磁場強度和永磁體與霍爾元件的安裝位置有關(guān)，a為表征永磁體轉(zhuǎn)動位置的相對角度。