全极磁场检测开关电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路,特别涉及一种全极磁场检测开关电路。
背景技术
现有的一种全极磁场检测开关电路如图1所示,包括霍尔器件、放大器、第一比较器、第二比较器、输出逻辑、上电复位信号产生器、一振荡器、一控制模块、一电压产生器、一电压选择器、第一开关、第二开关;
所述霍尔器件,用于对穿过的磁场进行感应输出感应电压Vh,所述霍尔器件通过第一开关A10接地GND,通过第二开关A11接电源VDD,第一开关、第二开关受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时第一开关及第二开关闭合使所述霍尔器件接通电源开始工作;
所述放大器,用于放大感应电压Vh,输出放大信号Vin;所述放大器受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时所述放大器A2工作;
所述电压产生器,用于产生4个电压Vsh、Vsl、Vnh、Vnl,所述电压产生器受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时所述电压产生器工作输出4个电压Vsh、Vsl、Vnh、Vnl,当电路控制信号SLP无效时,所述电压产生器的输出为高阻状态;
所述电压选择器,用于选择所述电压产生器产生的4个电压Vsh、Vsl、Vnh、Vnl中的两个分别作为第一比较器阈值电压Vths、第二比较器的阈值电压Vthn,第一比较器的负输入端接阈值电压Vths,第二比较器的正输入端接阈值电压Vthn,所述电压选择器受电路控制信号SLP、以及输出逻辑输出的检测信号OUT的控制;
所述第一电压比较器,用于根据正输入端接入的所述放大信号Vin及负输入端接入的所述阈值电压Vths输出第一逻辑信号CMPO1至所述输出逻辑;
所述第二电压比较器,用于根据负输入端接入的所述放大信号Vin及正输入端接入的所述阈值电压Vthn输出第二逻辑信号CMPO2至所述输出逻辑;
第一电压比较器及第二电压比较器受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时工作,分别输出第一逻辑信号CMPO1、第二逻辑信号CMPO2;
所述输出逻辑,用于根据第一逻辑信号CMPO1及第二逻辑信号CMPO2输出检测信号OUT;所述输出逻辑受电路控制信号SLP及上电复位信号POR控制,所述输出逻辑,当电路控制信号SLP有效时工作,当接收到上电复位信号POR时输出恢复为默认状态;
所述上电复位信号产生器,用于在上电的时候产生上电复位信号POR输出到所述输出逻辑;
所述振荡器,用于提供时钟CLK;
所述控制模块,用于输出电路控制信号SLP,所述控制模块受上电复位信号POR及时钟CLK控制,当接收到上电复位信号POR时所述控制模块的输出恢复为默认状态。
图1所示的现有全极磁场检测开关电路,需要两个比较器,较多的比较器使得该全极磁场检测开关电路平均工作电流较高(通常在5uA~8uA之间),工作时电流消耗较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全极磁场检测开关电路,功耗低。
为解决上述技术问题,本发明提供的全极磁场检测开关电路,包括一个霍尔器件、一个放大器、一电压产生器、一电压选择器、一个电压比较器、一输出逻辑;
所述霍尔器件,用于对穿过的磁场进行感应输出感应电压;
所述放大器,用于放大感应电压,输出放大信号;
所述电压产生器,用于产生第一电压、第二电压、第三电压、第四电压,电源电压≥第一电压≥第二电压≥第三电压≥第四电压≥地电位;
所述电压选择器,用于选择所述电压产生器产生的第一电压、第二电压、第三电压、第四电压中的一个作为阈值电压输出;
所述电压比较器,用于根据正输入端接入的所述放大信号及负输入端接入的所述阈值电压,输出逻辑信号;
所述输出逻辑,用于根据所述逻辑信号输出检测信号。
全极磁场检测开关电路还可以包括一控制模块,所述控制模块,用于输出电路控制信号、比较器控制信号、南磁场极性控制信号及北磁场极性控制信号,
所述霍尔器件及所述放大器,当所述电路控制信号有效时工作;
所述电压产生器,受所述比较器控制信号控制,当所述比较器控制信号有效时所述电压产生器工作输出第一电压、第二电压、第三电压、第四电压四个电压,当所述比较器控制信号无效时,所述电压产生器输出为高阻状态;
所述电压比较器,受所述比较器控制信号控制,当所述比较器控制信号有效时所述电压产生器工作输出逻辑信号。
所述电路控制信号的有效时间包含所述比较器控制信号的有效时间,所述比较器控制信号的有效时间由所述南磁场极性控制信号和所述北磁场极性控制信号的有效时间组成,所述南磁场极性控制信号的有效时间和所述北磁场极性控制信号的有效时间相邻接并相等。
所述电路控制信号的有效时间和无效时间的比例范围为1/16~1/4096,所述电路控制信号的有效时间和所述比较器控制信号的有效时间比例范围为2~16。
全极磁场检测开关电路还可以包括一振荡器,所述振荡器用于为所述控制模块提供时钟,所述振荡器受所述电路控制信号控制,当电路控制信号有效时产生第一频率的时钟,当电路控制信号无效时产生第二频率的时钟,第二频率小于第一频率。
全极磁场检测开关电路还可以包括一上电复位信号产生器,所述上电复位信号产生器用于在上电的时候产生上电复位信号;
所述控制模块及所述输出逻辑受上电复位信号控制,当接收到上电复位信号时,所述控制模块及所述输出逻辑的输出恢复为默认状态。
作为选择方案之一,所述电压选择器,受所述南磁场极性控制信号、北磁场极性控制信号以及所述输出逻辑输出的检测信号的控制;
所述输出逻辑,受所述上电复位信号、南磁场极性控制信号、北磁场极性控制信号控制;
所述电压选择器,在南磁场极性控制信号有效时,如果输出逻辑输出的检测信号为1,则以第二电压作为阈值电压输出,如果检测信号为0,则以第一电压作为阈值电压输出;在北磁场极性控制信号有效时,如果输出逻辑输出的检测信号为1,则以第三电压作为阈值电压输出,如果检测信号为0,则以第四电压作为阈值电压输出。
较佳的,所述输出逻辑,包括第一锁存器、第二锁存器、或门、倒相器;所述第一锁存器的一个输入端接所述逻辑信号,另一个输入端接所述南磁场极性控制信号;所述倒相器的输入端接所述逻辑信号,输出端接所述第二锁存器的一个输入端,所述第二锁存器的另一个输入端接所述北磁场极性控制信号;所述第一锁存器及第二锁存器的复位端用于接收所述上电复位信号,当接收到上电复位信号时,第一锁存器及第二锁存器B2的输出为初始状态0;第一锁存器的输出、第二锁存器的输出分别接所述或门的两个输入端,所述或门输出检测信号。
较佳的,所述输出逻辑,包括第一锁存器、第二锁存器、与门、倒相器;所述第一锁存器的一个输入端接所述逻辑信号,另一个输入端接所述北磁场极性控制信号;所述倒相器的输入端接所述逻辑信号,输出端接所述第二锁存器的一个输入端,所述第二锁存器的另一个输入端接所述南磁场极性控制信号;所述第一锁存器及第二锁存器的复位端用于接收所述上电复位信号,当接收到上电复位信号时,第一锁存器及第二锁存器B2的输出为初始状态1;第一锁存器的输出、第二锁存器的输出分别接所述与门的两个输入端,所述与门输出检测信号。
作为选择方案之一,所述电压选择器,受所述南磁场极性控制信号、北磁场极性控制信号以及所述输出逻辑输出的检测信号的控制;
所述输出逻辑,受所述上电复位信号、南磁场极性控制信号、北磁场极性控制信号控制;
所述电压选择器,在南磁场极性控制信号有效时,如果输出逻辑输出的检测信号为0,则以第二电压作为阈值电压输出,如果检测信号为1,则以第一电压作为阈值电压输出;在北磁场极性控制信号有效时,如果输出逻辑输出的检测信号为0,则以第三电压作为阈值电压输出,如果检测信号为1,则以第四电压作为阈值电压输出。
较佳的,所述输出逻辑,包括第一锁存器、第二锁存器、或门、倒相器;所述第一锁存器的一个输入端接所述逻辑信号,另一个输入端接所述北磁场极性控制信号;所述倒相器的输入端接所述逻辑信号,输出端接所述第二锁存器的一个输入端,所述第二锁存器的另一个输入端接所述南磁场极性控制信号;所述第一锁存器及第二锁存器的复位端用于接收所述上电复位信号,当接收到上电复位信号时,第一锁存器及第二锁存器B2的输出为初始状态0;第一锁存器的输出、第二锁存器的输出分别接所述或门的两个输入端,所述或门输出检测信号。
较佳的,所述输出逻辑,包括第一锁存器、第二锁存器、与门、倒相器;所述第一锁存器的一个输入端接所述逻辑信号,另一个输入端接所述南磁场极性控制信号;所述倒相器的输入端接所述逻辑信号,输出端接所述第二锁存器的一个输入端,所述第二锁存器的另一个输入端接所述北磁场极性控制信号;所述第一锁存器及第二锁存器的复位端用于接收所述上电复位信号,当接收到上电复位信号时,第一锁存器及第二锁存器B2的输出为初始状态1;第一锁存器的输出、第二锁存器的输出分别接所述与门的两个输入端,所述与门输出检测信号。
本发明的全极磁场检测开关电路,由于只采用了一个比较器,降低了工作时电流消耗,大大的降低了平均工作电流;而且通过控制模块输出电路控制信号,控制电路中的霍尔器件、放大器只在需要时工作,进一步降低了平均工作电流,并通过电路控制信号控制振荡器的工作模式,当霍尔器件、放大器不工作时降低振荡器输出的时钟频率,从而进一步降低当霍尔器件、放大器不工作时整个电路的工作电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是现有的一种全极磁场检测开关电路示意图;
图2是本发明的全极磁场检测开关电路实施例一示意图;
图3是本发明的全极磁场检测开关电路实施例一的各控制信号时序关系示意图;
图4是本发明的全极磁场检测开关电路的输出逻辑之一示意图;
图5是本发明的全极磁场检测开关电路的输出逻辑之二示意图;
图6是本发明的全极磁场检测开关电路的输出逻辑之三示意图;
图7是本发明的全极磁场检测开关电路的输出逻辑之四示意图;
图8是本发明的全极磁场检测开关电路的输出的检测信号同磁场关系之一示意图;
图9是本发明的全极磁场检测开关电路的输出的检测信号同磁场关系之二示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图2所示,全极磁场检测开关电路包括一个霍尔器件A1;一个放大器A2;一个电压比较器A3、一输出逻辑A4、一上电复位信号产生器A5、一振荡器A6、一控制模块A7、一电压产生器A8、一电压选择器A9、第一开关A10、第二开关A11;
所述霍尔器件A1,用于对穿过的磁场进行感应输出感应电压Vh,所述霍尔器件A1通过第一开关A10接地电位GND,通过第二开关A11接电源VDD,第一开关A10、第二开关A11受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时第一开关A10、第二开关A11闭合使所述霍尔器件A1接通电源开始工作;
所述放大器A2,用于放大感应电压Vh,输出放大信号Vin;所述放大器A2受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时所述放大器A2工作;
所述电压产生器A8,用于产生第一电压Vsh、第二电压Vsl、第三电压Vnl、第四电压Vnh四个电压,电源电压VDD≥第一电压Vsh≥第二电压Vsl≥第三电压Vnl≥第四电压Vnh≥地电位GND,所述电压产生器A8受比较器控制信号Ph_D控制,当比较器控制信号Ph_D有效时所述电压产生器A8工作输出所述四个电压,当比较器控制信号Ph_D无效时,所述电压产生器A8输出高阻状态;
所述电压选择器A9,用于选择所述电压产生器A8产生的第一电压Vsh、第二电压Vsl、第三电压Vnl、第四电压Vnh中的一个作为阈值电压Vth输出,所述电压选择器A9,受南磁场极性控制信号Ph_S、北磁场极性控制信号PhN以及输出逻辑A4输出的检测信号OUT的控制;
所述电压比较器A3,用于根据正输入端接入的所述放大信号Vin及负输入端接入的所述阈值电压Vth,输出逻辑信号CMPO;所述电压比较器A3,受比较器控制信号Ph_D控制,当比较器控制信号Ph_D有效时所述电压产生器A8工作输出逻辑信号CMPO;
所述输出逻辑A4,用于根据逻辑信号CMPO输出检测信号OUT;所述输出逻辑A4,受上电复位信号POR、南磁场极性控制信号Ph_S、北磁场极性控制信号Ph_N控制,当接收到上电复位信号POR时所述输出逻辑A4的输出恢复为默认状态;
所述上电复位信号产生器A5,用于在上电的时候产生上电复位信号POR;
所述振荡器A6,用于为所述控制模块提供时钟CLK,所述振荡器A6受电路控制信号SLP控制,当电路控制信号SLP有效时,产生第一频率的时钟CLK,当电路控制信号SLP无效时,产生第二频率的时钟CLK,第二频率小于第一频率;
所述控制模块A7,用于输出电路控制信号SLP、比较器控制信号Ph_D、南磁场极性控制信号Ph_S及北磁场极性控制信号Ph_N,所述控制模块A7受上电复位信号POR及时钟CLK控制,当接收到上电复位信号POR时所述控制模块A7的输出恢复为默认状态。
实施例二
基于实施例一,各控制信号时序关系如图3所示,电路控制信号SLP、比较器控制信号Ph_D、南磁场极性控制信号Ph_S及北磁场极性控制信号Ph_N的有效时间和无效时间具有约束关系,如下:电路控制信号SLP的有效时间包含比较器控制信号Ph_D的有效时间,比较器控制信号Ph_D的有效时间由南磁场极性控制信号Ph_S和北磁场极性控制信号Ph_N的有效时间组成,南磁场极性控制信号Ph_S的有效时间Ta1和北磁场极性控制信号Ph_N的有效时间Ta2相邻接并相等,即为Ta1=Ta2,电路控制信号SLP的有效时间Ts1和无效时间Ts2的比例(Ts1∶Ts2)范围为1/16~1/4096,电路控制信号SLP的有效时间Ts1和比较器控制信号Ph_D的有效时间Td1的比例(Ts1∶Td1)范围为2~16。
实施例三
基于实施例二,所述电压选择器A9,在南磁场极性控制信号Ph_S有效时,如果输出逻辑A4输出的检测信号OUT为1(VDD),则以第二电压Vsl作为阈值电压Vth输出;如果检测信号OUT为0(GND),则以第一电压Vsh作为阈值电压Vth输出;
在北磁场极性控制信号Ph_N有效时,如果输出逻辑A4输出的检测信号OUT为1(VDD),则以第三电压Vnl作为阈值电压Vth输出;如果检测信号OUT为0(GND),则以第四电压Vnh作为阈值电压Vth输出。
所述输出逻辑A4,可以如图4所示,包括第一锁存器B1、第二锁存器B2、或门B3、倒相器B4;第一锁存器B1的一个输入端接逻辑信号CMPO,另一个输入端接南磁场极性控制信号Ph_S;所述倒相器B4的输入端接逻辑信号CMPO,输出端接第二锁存器B2的一个输入端,第二锁存器B2的另一个输入端接北磁场极性控制信号Ph_N,第一锁存器B1及第二锁存器B2的复位端用于接上电复位信号POR,当接收到上电复位信号时POR,第一锁存器B1及第二锁存器B2的输出为初始状态0(GND);第一锁存器B1的输出、第二锁存器B2的输出分别接所述或门B3的两个输入端,所述或门B3输出检测信号OUT。
所述输出逻辑A4,也可以如图5所示,包括第一锁存器B1、第二锁存器B2、与门B3、倒相器B4;第一锁存器B1的一个输入端接逻辑信号CMPO,另一个输入端接北磁场极性控制信号Ph_N;所述倒相器B4的输入端接逻辑信号CMPO,输出端接第二锁存器B2的一个输入端,第二锁存器B2的另一个输入端接南磁场极性控制信号Ph_S,第一锁存器B1及第二锁存器B2的复位端用于接收上电复位信号POR,当接收到上电复位信号POR时,第一锁存器及第二锁存器B2的输出为初始状态1;第一锁存器B1的输出、第二锁存器B2的输出分别接所述与门B3的两个输入端,所述与门B3输出检测信号OUT。
实施例三中,输出逻辑A4输出的检测信号OUT和附加磁场的特性关系如图8所示,检测到有南极或者北极磁场的时候,检测信号OUT的电位为电源电压VDD;如果没有检测到磁场则检测信号OUT的电位等于地电位GND;表征有磁场的阈值BOS、BON和没有磁场的阈值BRS、BRN之间有迟滞磁场BH;其中迟滞磁场BH的范围是2G~20G。
实施例四
基于实施例二,所述电压选择器A9,在南磁场极性控制信号Ph_S有效时,如果输出逻辑A4输出的检测信号OUT为0(GND),则以第二电压Vsl作为阈值电压Vth输出,如果检测信号OUT为1(VDD),则以第一电压Vsh作为阈值电压Vth输出;
在北磁场极性控制信号Ph_N有效时,如果输出逻辑A4输出的检测信号OUT为0(GND),则以第三电压Vnl作为阈值电压Vth输出,如果检测信号OUT为1(VDD),则以第四电压Vnh作为阈值电压Vth输出。
所述输出逻辑A4,可以如图6所示,包括第一锁存器B1、第二锁存器B2、或门B3、倒相器B4;第一锁存器B1的一个输入端接逻辑信号CMPO,另一个输入端接北磁场极性控制信号Ph_N;所述倒相器B4的输入端接逻辑信号CMPO,输出端接第二锁存器B2的一个输入端,第二锁存器B2的另一个输入端接南磁场极性控制信号Ph_S,第一锁存器B1及第二锁存器B2的复位端用于接收所述上电复位信号POR,当接收到上电复位信号POR时,第一锁存器B1及第二锁存器B2的输出为初始状态0(GND);第一锁存器B1的输出、第二锁存器B2的输出分别接所述或门B3的两个输入端,所述或门B3输出检测信号OUT。
所述输出逻辑A4,也可以如图7所示,包括第一锁存器B1、第二锁存器B2、与门B3、倒相器B4;第一锁存器B1的一个输入端接逻辑信号CMPO,另一个输入端接南磁场极性控制信号Ph_S;所述倒相器B4的输入端接逻辑信号CMPO,输出端接第二锁存器B2的一个输入端,第二锁存器B2的另一个输入端接北磁场极性控制信号Ph_N,第一锁存器B1及第二锁存器B2的复位端用于接收所述上电复位信号POR,当接收到上电复位信号POR时,第一锁存器B1及第二锁存器B2的输出为初始状态1(VDD);第一锁存器B1的输出、第二锁存器B2的输出分别接所述与门B3的两个输入端,所述与门B3输出检测信号OUT。
实施例四中,输出逻辑A4输出的检测信号OUT和附加磁场的特性关系如图9所示,检测到有南极或者北极磁场的时候,检测信号OUT的电位为电源电压VDD;如果没有检测到磁场则检测信号OUT的电位等于地电位GND;表征有磁场的阈值BOS、BON和没有磁场的阈值BRS、BRN之间有迟滞磁场BH;其中迟滞磁场BH的范围是2G~20G。
本发明的全极磁场检测开关电路,电复位信号产生器在上电的时候产生的上电复位信号POR能够把控制模块A7和输出逻辑A4输出设置成默认状态,在上电复位完成之后,由振荡器A6产生的时钟信号CLK输入控制模块A7,生成电路控制信号SLP、比较器控制信号Ph_D、以及南磁场极性控制信号Ph_S、北磁场极性控制信号Ph_N,当电路控制信号SLP无效时,霍尔器件A1、放大器A2均不工作,同时振荡器A6工作于第二模式产生较低频率(第二频率)的时钟CLK;当电路控制信号SLP有效时,霍尔器件A1、放大器A2工作,同时振荡器A6工作于第一模式产生正常频率(第一频率)的时钟CLK,同时比较器控制信号Ph_D有效时,电压比较器A3、电压产生器A8工作,同时南磁场极性控制信号Ph_S有效时,输出逻辑A4和电压选择器A9配合检测是否存在南极磁场,北磁场极性控制信号Ph_N有效时,输出逻辑A4和电压选择器A9配合检测是否存在北极磁场。当电路控制信号SLP信号有效的时候,霍尔器件A1和放大器A2,把感应到的磁场线性转换为感应电压Vh并进行放大,产生放大信号Vin;放大信号Vin与由电压产生器A8和电压选择器A9产生的阈值电压Vth进行比较,产生逻辑信号CMPO;逻辑信号CMPO经过输出逻辑A4的处理产生表征磁场和输出关系的检测信号OUT。本发明的全极磁场检测开关电路,由于只采用了一个比较器,降低了工作时电流消耗,大大的降低了平均工作电流;而且通过控制模块输出电路控制信号,控制电路中的霍尔器件、放大器只在需要时工作,进一步降低了平均工作电流,并通过电路控制信号控制振荡器的工作模式,当霍尔器件、放大器不工作时降低振荡器输出的时钟频率,从而进一步降低当霍尔器件、放大器不工作时整个电路的工作电流。本发明的全极磁场检测开关电路,可以实现平均工作功耗小于3uA。