CN104931077A - 一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路 - Google Patents

一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路,采用旋转电流调制和高通滤波,预先将霍尔器件产生的失调和低频1/f噪声消除,再通过后续的解调电路近一步消除霍尔失调,因此消除霍尔器件失调的能力更强;将霍尔传感器解调输出的信号通过反馈调制器调制成高频信号,作为反馈信号和旋转电流调制器输出的霍尔信号一起送入差分-差分放大器进行放大,构成一个闭环的信号调理电路,进一步减少信号调理电路引起的残余失调。本发明对应的电路结构简单,容易实现电路集成,不会增加电路制造的成本,可以获得很低的残余失调。

Description

一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路
技术领域
本发明涉及一种信号处理电路,尤其是一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路。
背景技术
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换元件,凭借其工艺简单、体积小、生产成本低、安装简便、工作电压范围宽、使用寿命长、测量精度高以及防尘、防油等优点,已经广泛地应用到工业变频控制、交通运输、医疗系统、电子消费品和各类智能仪表等领域。
然而基于硅工艺的集成霍尔传感器的磁场灵敏度低,失调很严重,因此必须通过相应的信号调理电路放大微弱的霍尔信号和消除失调信号。但是霍尔传感器输出的霍尔信号中依然携带有较大的残余失调,影响了霍尔传感器探测的精度。集成霍尔传感器的残余失调主要有两个来源。一个来自于霍尔器件自身的失调,另一个来自信号调理电路产生的失调。由于霍尔器件结构误差、工艺偏差、机械应力和结场效应等因素的影响,霍尔器件产生几个mV甚至几十个mV的霍尔失调。目前采用二相旋转电流的动态失调消除技术消除霍尔失调,但不能有效消除封装应力和结场效应产生的失调,因此残余失调较大。另一方面,消除失调和放大霍尔信号的信号调理电路,包括放大器、解调器、采样和保持电路自身也有较大的失调电压,特别是解调器将旋转电流调制后的高频信号恢复到低频信号的过程中由于电路中开关的非理想型,也引起了较大的残余失调。但目前对信号调理电路引起的残余失调还没有好的方法进行消除。
发明内容
为了获得更低的失调电压,本发明提出一种信号处理电路,消除集成霍尔传感器失调并放大霍尔信号。
一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路,包括:
旋转电流调制器,接收来自霍尔器件的信号,在第一对时钟信号的作用下,使霍尔信号从失调信号中区分出来,并被调制为高频信号;输出信号根据时钟时序的不同,分为第一相信号和第二相信号;
差分-差分放大器,以所述旋转电流调制器的输出信号作为一对输入信号,以从加法解调器输出的经过负反馈调制器返回的信号作为另一对输入信号;
高通滤波器,使所述差分-差分放大器的输出信号中的霍尔信号通过,滤除掉低频的失调信号;
两个并列的采样保持器,在第二对时钟信号的控制下分别对高通滤波器输出的第一相信号和第二相信号进行采样并保持;
加法解调器,将从两个采样保持器输出的信号进行相加解调;
负反馈调制器,将经过加法解调器解调后的信号作为输入信号,由第二对时钟信号控制,输出极性呈周期性变化的信号,返回到所述差分-差分放大器的输入端;
低通滤波器,经加法解调器解调后的信号通过所述低通滤波器去除高频分量,恢复出霍尔信号。
所述第一对时钟信号为clk1和clk2,其中clk2比clk1落后四分之一周期。
所述第二对时钟信号为一对反相的时钟信号clk和nclk。
所述旋转电流调制器由N沟道增强型MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8构成,霍尔传感器的a端口连接M1和M7的源极,b端口连接M3和M5的源极,c端口连接M2的漏极和M8的源极,d端口连接M4的源极和M6的漏极;M1和M5的漏极接电源,M2和M6的源极接地,M3和M7的漏极接差分-差分放大器正极,M4和M8的漏极接差分-差分放大器负极;M1、M2、M3和M4的栅极接所述clk1,M5、M6、M7和M8的栅极接所述clk2。
所述负反馈调制器由四只N沟道增强型MOS管M9、M10、M11、M12和两只电阻R1、R2构成,R1一端作为信号输入端,R1另一端同时与R2、M9和M11连接;R2的另一端同时与M10、M12连接,M9、M12的另一端接正极输出端,M10、M11的另一端接负极输出端;M9、M10由clk控制,M11、M12由反相的nclk控制。
所述采样保持器由一个N沟道增强型MOS管开关、一个电容、一个电阻和一个运算放大器构成,所述N沟道增强型MOS管开关和所述电容均接在所述运算放大器输入端的正极,所述电容另一端接地,所述N沟道增强型MOS管开关由时钟信号控制;所述运算放大器输入端的负极与输出端直接相连,输出端同时接有所述电阻。
本发明采用旋转电流调制和高通滤波,预先将霍尔器件产生的失调和低频1/f噪声消除,再通过后续的解调电路近一步消除霍尔失调,因此消除霍尔器件失调的能力更强;通过将霍尔传感器解调输出的信号通过反馈调制器调制成高频信号,作为反馈信号和旋转电流调制器输出的霍尔信号一起送入差分-差分放大器进行放大,构成一个闭环的信号调理电路,进一步减少信号调理电路引起的残余失调。本发明对应的电路结构简单,容易实现电路集成,不会增加电路制造的成本,可以获得很低的残余失调。
附图说明
图1为本发明减小集成霍尔传感器残余失调电路的原理图;
图2为本发明中的时钟信号时序图;
图3为图1中旋转电流调制器电路图;
图4为电流旋转所实现的霍尔传感器的工作方式示意图;
图5为图1中的负反馈调制器电路的结构图;
图6为图1中采样保持器和加法解调电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1,霍尔传感器通过两相旋转电流调制器将霍尔信号调制成高频信号,而失调信号极性保持不变,使霍尔信号可以从失调信号中区分出来。将旋转电流调制器输出混叠有失调的霍尔信号送入差分-差分放大器的一对输入端口,而霍尔传感器输出信号通过负反馈调制器输出反馈信号送入差分-差分放大器的另一对输入端口,经过差分-差分放大器放大后双端输出的霍尔信号和失调信号送入高通滤波器进行滤波,被调制后的高频霍尔信号通过高通滤波器,而低频的失调信号被高通滤波器滤除;然后通过两个采样保持器分别对旋转电流调制器第一相和第二相输出的混叠信号进行采样并保持,接下来将两个采样保持器的输出信号送入加法解调器器相加进一步消除失调电压,恢复出霍尔信号,最后通过低通滤波器滤除掉霍尔信号中的高频信号分量,输出放大后的低残余失调的霍尔电压。图1中时钟信号时序图如图2所示。
霍尔器件在一对顺序时钟clk1和clk2的控制下进行两相旋转电流调制操作,其旋转电流调制器电路图如图3所示,其操作模式以及输出的霍尔信号和失调信号的极性如图4所示。当时钟clk1为高电平且clk2为低电平时,为第一相旋转电流操作,此时霍尔器件的a端口接电源Vdd,b端口接V+输出,c端口接地,d端口接V-输出,输出的霍尔电压为VH,输出的失调电压为VOP1,因此第一相旋转电流输出的总信号为(VH+VOP1);当时钟clk2为高电平且clk1为低电平时,为第二相旋转电流操作,此时霍尔器件的a端口接V+输出,b端口接电源Vdd,c端口接V—输出,d端口接地,输出的霍尔电压为-VH,输出的失调电压为VOP2,因此第二相旋转电流输出总信号为(-VH+VOP2)。可以看出在第一和第二相旋转电流过程中,失调电压的极性随时钟发生周期性变化,而霍尔电压的极性保持不变。
将混叠有失调信号的霍尔信号送入差分-差分放大器的一对差分输入端口进行放大。为了减小后续信号调理电路产生的残余失调,采用负反馈调制方法,将霍尔传感器解调输出后的信号经过一个负反馈调制器,在互补时钟clk和nclk的控制下调制成和旋转电流调制器输出同频率的信号,并送入差分-差分放大器的另一对差分输入端口,具体的反馈调制电路如图5所示。反馈调制电路由四只NMOS管M9~M12和两只电阻R1和R2构成。电阻R1和R2的比值决定反馈调制电路的反馈系数。当时钟信号clk为高电平且nclk为低电平时,MOS管M9和M10导通,而MOS管M11和M12截止,输入信号被调制到高频,已调信号的极性上正下负;当时钟信号nclk为高电平且clk为低电平时,MOS管M11和M12导通,而MOS管M9和M10截止,输入信号也被调制到高频,已调信号的极性上负下正。可以看到时钟clk和nclk发生高低电平转换,反馈调制电路输出的已调信号的极性发生周期性的变化。旋转电流调制器和反馈调制器输出的信号同时送入差分-差分放大器放大后双端输出送入高通滤波器,经过调制后的高频霍尔信号通过高通滤波器,而低频的失调信号和低频1/f噪声被滤除。
将高通滤波器输出的双端信号分别送入两个采样保持器,如图6所示。两个采样保持器在时钟信号clk和nclk的控制下分别对旋转电流调制器第一相和第二相输出的信号进行采样并保持。以其中一个采样保持器为例,其由一个MOS管开关、电容C1和运算放大器A1构成。当时钟clk为高电平,将旋转电流第一相输出的信号采样并存储在C1中;当时钟nclk为高电平时,将旋转电流第二相输出的信号采样并存储在C2中。经采样保持的信号接下来送入加法解调器A进行相加解调,如果设Au为信号调理电路的总增益,相加器的一路输入信号为Au(VH+VOP1),另一路输入信号为Au(VH-VOP2),经过相加后的结果为(2AuVH)。最后通过低通滤波器滤除掉霍尔信号中的高频分量,获得低残余失调的霍尔信号。

Claims (6)

1.一种减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,包括:
旋转电流调制器,接收来自霍尔器件的信号,在第一对时钟信号的作用下,使霍尔信号从失调信号中区分出来,并被调制为高频信号;输出信号根据时钟时序的不同,分为第一相信号和第二相信号;
差分-差分放大器,以所述旋转电流调制器的输出信号作为一对输入信号,以从加法解调器输出的经过负反馈调制器返回的信号作为另一对输入信号;
高通滤波器,使所述差分-差分放大器的输出信号中的霍尔信号通过,滤除掉低频的失调信号;
两个并列的采样保持器,在第二对时钟信号的控制下分别对高通滤波器输出的第一相信号和第二相信号进行采样并保持;
加法解调器,将从两个采样保持器输出的信号进行相加解调;
负反馈调制器,将经过加法解调器解调后的信号作为输入信号,由第二对时钟信号控制,输出极性呈周期性变化的信号,返回到所述差分-差分放大器的输入端;
低通滤波器,经加法解调器解调后的信号通过所述低通滤波器去除高频分量,恢复出霍尔信号。
2.根据权利要求1所述的减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,所述第一对时钟信号为clk1和clk2,其中clk2比clk1落后四分之一周期。
3.根据权利要求1所述的减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,所述第二对时钟信号为一对反相的时钟信号clk和nclk。
4.根据权利要求1所述的减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,所述旋转电流调制器由N沟道增强型MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8构成,霍尔传感器的a端口连接M1和M7的源极,b端口连接M3和M5的源极,c端口连接M2的漏极和M8的源极,d端口连接M4的源极和M6的漏极;M1和M5的漏极接电源,M2和M6的源极接地,M3和M7的漏极接差分-差分放大器正极,M4和M8的漏极接差分-差分放大器负极;M1、M2、M3和M4的栅极接所述clk1,M5、M6、M7和M8的栅极接所述clk2。
5.根据权利要求1所述的减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,所述负反馈调制器由四只N沟道增强型MOS管M9、M10、M11、M12和两只电阻R1、R2构成,R1一端作为信号输入端,R1另一端同时与R2、M9和M11连接;R2的另一端同时与M10、M12连接,M9、M12的另一端接正极输出端,M10、M11的另一端接负极输出端;M9、M10由clk控制,M11、M12由反相的nclk控制。
6.根据权利要求1所述的减小集成霍尔传感器残余失调的电路,其特征在于,所述采样保持器由一个N沟道增强型MOS管开关、一个电容、一个电阻和一个运算放大器构成,所述N沟道增强型MOS管开关和所述电容均接在所述运算放大器输入端的正极,所述电容另一端接地,所述N沟道增强型MOS管开关由时钟信号控制;所述运算放大器输入端的负极与输出端直接相连,输出端同时接有所述电阻。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105548662A (zh) * 2016-02-23 2016-05-04 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种具有快速瞬态响应的霍尔效应电流传感器
CN108388299A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 上海集成电路研发中心有限公司 低压差线性稳压器
CN109387795A (zh) * 2017-08-09 2019-02-26 苏州市灵矽微系统有限公司 一种cmos磁传感器模拟前端电路
CN109669148A (zh) * 2019-03-01 2019-04-23 深圳市信瑞达电力设备有限公司 一种霍尔效应的测量方法及装置
CN110597346A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 上海治精微电子有限公司 一种低温漂带隙基准电压源电路
CN111026220A (zh) * 2019-12-12 2020-04-17 南京邮电大学 一种cmos霍尔传感器温度稳定控制系统
CN113608002A (zh) * 2021-07-09 2021-11-05 深圳市信瑞达电力设备有限公司 降低磁平衡式霍尔电流传感器功耗的方法及传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120194179A1 (en) * 2008-04-17 2012-08-02 Infineon Technologies Ag Sensor system
CN103259496A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 伍锦程 闭环负反馈调制-解调开关功率放大器
CN103542869A (zh) * 2013-10-24 2014-01-29 南京邮电大学 一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路和方法
CN104571246A (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 南京邮电大学 一种应用于霍尔传感器的旋转电流电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120194179A1 (en) * 2008-04-17 2012-08-02 Infineon Technologies Ag Sensor system
CN103259496A (zh) * 2012-02-15 2013-08-21 伍锦程 闭环负反馈调制-解调开关功率放大器
CN103542869A (zh) * 2013-10-24 2014-01-29 南京邮电大学 一种消除霍尔失调的四相电流旋转电路和方法
CN104571246A (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 南京邮电大学 一种应用于霍尔传感器的旋转电流电路

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUE XU等: "A Highly Sensitive CMOS Digital Hall Sensor for Low Magnetic Field Applications", 《SENSORS》 *
吴金山: "片上磁敏式霍尔传感失调和噪声消除技术的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
董传岱: "《电工学(电子技术)》", 31 July 2014 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105548662A (zh) * 2016-02-23 2016-05-04 武汉市聚芯微电子有限责任公司 一种具有快速瞬态响应的霍尔效应电流传感器
CN109387795A (zh) * 2017-08-09 2019-02-26 苏州市灵矽微系统有限公司 一种cmos磁传感器模拟前端电路
CN109387795B (zh) * 2017-08-09 2021-01-01 苏州市灵矽微系统有限公司 一种cmos磁传感器模拟前端电路
CN108388299A (zh) * 2018-02-12 2018-08-10 上海集成电路研发中心有限公司 低压差线性稳压器
CN109669148A (zh) * 2019-03-01 2019-04-23 深圳市信瑞达电力设备有限公司 一种霍尔效应的测量方法及装置
CN110597346A (zh) * 2019-09-27 2019-12-20 上海治精微电子有限公司 一种低温漂带隙基准电压源电路
CN111026220A (zh) * 2019-12-12 2020-04-17 南京邮电大学 一种cmos霍尔传感器温度稳定控制系统
CN113608002A (zh) * 2021-07-09 2021-11-05 深圳市信瑞达电力设备有限公司 降低磁平衡式霍尔电流传感器功耗的方法及传感器

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