CN106291330B - 霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法 - Google Patents

Abstract

一种霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法，上述霍尔感应芯片包括霍尔感应单元；可编程单元，与所述霍尔感应单元连接；输出引脚，用于在校准测试时输入测试控制信号、输出与外加磁场信号对应的传感信号、以及对可编程单元进行编程；电源正极引脚，用于输入电流，对可编程单元进行烧录。上述霍尔感应芯片的输出引脚在校准过程中可被测试模式和感应模式切换复用，在引脚受限的情况下就能够完成芯片校准，不需要改变现有的封装形式，也不需要在高压上做信号处理，从而可以降低芯片生产成本。

Description

霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法

技术领域

本发明涉及霍尔传感器领域，尤其涉及一种霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法。

背景技术

在半导体薄片两端通一控制电流，并在薄片的垂直方向存在磁场，则在垂直于电流和磁场的方向，将产生霍尔电压，这种现象叫做霍尔效应，根据所述霍尔效应可以形成霍尔感应芯片，用于测量电流或磁场。

霍尔感应芯片在精密测量、消费电子工业、医疗保健、汽车电子领域得到了广泛的应用。

在实际使用时，霍尔感应芯片在不同应用中往往需要实现不同的功能，以及因半导体制造工艺的不一致性，需要对传感器的精度进行校准控制，这就需要根据不同的用途来进行相应的参数设定。因此，需要对霍尔感应芯片进行校准，以满足实际应用的需求。

现有技术通常将霍尔感应芯片采用直插封装形式进行封装，通过外部引脚与电路连接，由于引脚数量有限，很难形成专用的测试与编程引脚，需要通过复用现有的引脚对霍尔感应芯片进行校准。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法，通过已封装霍尔感应芯片的外部引脚，实现对霍尔感应芯片的校准。

现有技术通常复用霍尔感应芯片的电源引脚做校准引脚，然而发明人研究发现，在工作电源为高压的情况下，传统的用电源引脚的情况下，需要在高压下作数字识别电路，高压电路面积较大，在高压上做信号通讯，可靠性及经济性都大大降低，而且高压工作环境下，电源波动范围更大，极易被误认为通讯信号，导致芯片失效。为解决这个问题，我们本发明提出复用输出引脚来进行校准。输出引脚在正常情况下，为模拟输出口，输出信号具有较高的信噪比，而且无输入噪声，特别适合做测试通讯口。在测试模式下，也可以作为数字信号进出通讯端。如果有外加数字信号进去，就会进入测试模式，可输入和输出数字控制信号，然后通过数字控制可切换输出引脚输出模拟信号。

为了解决上述问题，本发明提供了一种霍尔感应芯片，包括：霍尔感应单元；可编程单元，与所述霍尔感应单元连接；输出引脚，用于在校准测试时输入测试控制信号、输出与外加磁场信号对应的传感信号、以及对可编程单元进行编程；电源正极引脚，用于输入电流，对可编程单元进行烧录。

可选的，所述输出引脚通过转换单元连接至可编程单元，所述转换单元用于对模拟校准测试时输入的测试控制信号进行数模转换。

可选的，所述霍尔感应芯片还包括电源负极引脚和接地引脚。

可选的，所述霍尔感应单元与电源正极引脚之间连接有降压单元，用于电源正极引脚输入的工作电压降至霍尔感应单元的工作电压。

可选的，所述可编程单元为单次可编程单元或多次可编程单元。

未解决上述问题，本发明还提供一种霍尔感应芯片校准方法，包括：提供霍尔感应芯片，包括霍尔感应单元、与所述霍尔感应单元连接的单次可编程单元、输出引脚和电源正极引脚；对所述霍尔感应芯片进行校准测试，获取校准方案，包括：通过输出引脚输入测试控制信号，将所述霍尔感应芯片切换为测试模式；通过输出引脚对所述可编程单元进行校准编程，然后外加可感应的磁场信号，通过输出引脚输入测试控制信号将所述霍尔感应芯片切换为感应模式，并获取所述输出引脚输出的与外加磁场信号对应的感应信号，不断调整所述校准编程方案，直至所述感应信号与预设信号一致；根据所述校准方案，通过电源正极引脚输入电流，对所述可编程单元进行烧录。

可选的，所述输出引脚通过转换单元与可编程单元连接，所述转换单元根据模拟校准编程方案控制所述可编程单元，并对输出引脚输入的测试控制信号进行数模转换。

可选的，还包括：将电源正极引脚输入的工作电压降至霍尔感应单元的工作电压。

可选的，在对所述可编程单元进行烧录时，通过电源正极引脚输入的电流大小为所述可编程单元的熔断电流。

本发明的霍尔感应芯片的输出引脚在进行芯片校准过程中，能够被复用，作为模拟测试时的输出引脚和编程引脚，在引脚受限的情况下就能够完成芯片校准，且不受高压电源的波动干扰，而且完全工作在低压状态下，不需要改变现有的封装形式，从而可以降低成本，并极大提供编程可靠性，能实现100％的一次成功率。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式的霍尔感应芯片的外部结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式的霍尔感应芯片的内部结构示意图；

图3为本发明一具体实施方式的霍尔感应芯片的内部结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式的霍尔感应芯片校准方法流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的霍尔感应芯片和霍尔感应芯片校准方法的具体实施方式做详细说明。

请参考图1和图2，为霍尔感应芯片的结构示意图，其中，图1为所述霍尔感应芯片的封装外部结构示意图，图2为霍尔感应芯片的内部结构示意图。

所述霍尔感应芯片包括：霍尔感应单元101；与所述霍尔感应单元101连接的可编程单元102；输出引脚204，用于在校准测试时输入测试控制信号、输出与外磁场信号对应的传感信号、以及对可编程单元进行编程；电源正极引脚201，用于输入电流，对可编程单元102进行烧录，将所述可编程单元内部的调修元件进行熔断固化。

如图1所示，所述霍尔感应芯片采用直插封装形式进行封装，包括封装壳体100以及多个与封装壳体100内部单元连接的引脚，所述引脚包括：输出引脚204和电源正极引脚201。如图2所示，所述输出引脚204和电源正极引脚201均连接至所述可编程单元102。在所述霍尔感应芯片工作时，所述输出引脚204用于输出感应信号，电源正极引脚201用于接入电源正极。所述可编程单元102可以是单次可编程单元或多次可编程单元。

所述霍尔感应芯片还包括电源负极引脚202和接地引脚201。所述电源负极引脚202和接地引脚201均连接至所述可编程单元102，在所述霍尔感应芯片工作时，所述负极引脚202用于连接至电源负极，所述接地引脚201接地。所述电源正极引脚201、电源负极引脚202与所述可编程单元102之间还可以连接有降压单元。当所述电源正极引脚201或电源负极引脚202外接电压较高时，可以对所述输入的电压进行降压，使其满足霍尔感应单元101的电压要求。在本发明的一个具体实施方式中，所述霍尔感应芯片可以外接-15V～15V的电压，通过降压单元，使输入电压下降为-2.5V～2.5V。

在霍尔感应芯片正常工作之前，需要对霍尔感应芯片进行校准，具体的，通过对所述可编程单元102进行编程，调整霍尔感应单元101的参数，从而提高霍尔感应芯片的输出准确性。所述可编程单元102内包括一系列的调修元件，本发明的一个具体实施方式中，所述调修元件为一系列熔丝电阻，可以通过调整各个熔丝电阻的连通或断开，转换为相对应的逻辑控制信号，从而对霍尔感应芯片的输出结果进行调整。而对所述可编程单元102进行编程即对上述熔丝电阻的连通或断开进行设定。在本发明的其他具体实施方式中，所述调修元件还可以是二极管。

在对所述霍尔感应芯片进行校准时，所述输出引脚204，用于输入测试控制信号，使所述霍尔感应芯片在测试模式和传感模式之间进行切换；在测试模式下，所述输出引脚204用于输入数字信号，对所述可编程单元102进行模拟编程，在传感模式下，所述输出引脚204用于输出与外加被测磁场对应的模拟传感信号；通过不断调整对可编程单元102的编程方案，使得最终输出的传感信号与预设信号一致，此时获得最终的编程方案即霍尔感应芯片的校准参数。

所述测试控制信号通常可以为3.3V的标准控制逻辑信号，由于所述输出引脚204为高压输出端口，可以直接支持输入所述测试控制信号，接口电路简单。

所述电源正极引脚201，用于输入电流，对所述可编程单元102进行烧录，具体的按照校准过程获得的校准参数进行烧录。

请参考图3，为本发明另一具体实施方式的霍尔感应芯片的结构示意图。

由于进行模拟校准测试时，从输出引脚204输入的测试控制信号通常为数字信号，需要转换成模拟信号，才能对霍尔传感单元进行驱动及控制，所以，所述霍尔感应芯片的输出引脚204通过转换单元104连接至所述单次可编程单元102，用于对模拟校准测试时输入的数字测试控制信号进行数模转换。

上述霍尔感应芯片输出引脚204在进行芯片校准过程中，能够被复用，分别作为模拟校准测试时的测试控制信号的输入引脚、传感信号输出引脚和编程引脚，在引脚受限的情况下就能够完成芯片校准，尤其是在高压工作电压情况下，不需要改变现有的封装形式，从而可以大幅提高一次编程成功率，且降低成本。

本发明的具体实施方式还提供一种基于上述霍尔感应芯片的霍尔感应芯片校准方法。

请参考图4为所述霍尔感应芯片校准方法的流程图。

步骤S1：提供霍尔感应芯片，包括霍尔感应单元101、与所述霍尔感应单元连接的单次可编程单元102、输出引脚204和电源正极引脚201。

所述霍尔感应芯片具体结构请参考之前的描述以及图1至图3，在此不作赘述。

随后对所述霍尔感应芯片进行校准测试，获取校准方案。具体包括步骤S2～S6。

具体的，步骤S2：通过输出引脚204输入测试控制信号，将所述霍尔感应芯片切换为测试模式；步骤S3：通过输出引脚204对所述可编程单元102进行校准编程；步骤S4：外加磁场信号，通过输出引脚204输入测试控制信号将所述霍尔感应芯片切换为感应模式；步骤S5：获取所述输出引脚204输出的与外加引脚对应的感应信号；步骤S6：不断调整校准编程方案，直至所述感应信号与预设信号一致。

所述测试控制信号为数字信号，根据测试通讯协议，当输入特定的测试控制信号，所述霍尔感应芯片切换为测试模式，所述输出引脚204将作为测试通讯口，可输入和输入数字信号，用于对所述可编程单元102进行编程，调整霍尔感应芯片的校准参数。

然后通过外加被测的磁场信号，并通过输出引脚204输入测试控制信号，将霍尔感应芯片切换为感应模式，此时，霍尔感应芯片在外加磁场作用下，会产生感应电流，从输出引脚203输出。

具体的，在进行校准测试的过程中，通过外加固定的磁场信号，霍尔感应芯片在磁场环境下，对磁场信号做出反馈，从输出引脚204输出传感信号。将获得的传感信号值与预设信号值比较，得到偏差量后，再通过在输出引脚204输入测试控制信号，切换至测试模式，并继续输入数字信号对所述可编程单元102继续进行编程，调整所述霍尔感应芯片的参数。多次调整之后，使得在每一固定的磁场测试条件下，所述霍尔感应芯片都对应输出预设信号值。此时，对可编程单元102的编程方案即可作为对霍尔感应芯片的最终校准方案。

本发明的一个具体实施方案中，从输出引脚204输入的测试控制信号为数字信号，需要将所述数字信号转换成模拟信号，才能实现对霍尔感应单元101的驱动。具体的，可以通过所述转换单元104(请参考图3)对输入信号进行数模转换。所述转换单元104还可以根据模拟校准编程方案控制所述单次可编程单元，并对输出引脚输入的测试控制信号进行数模转换。还可以通过所述转换单元104改变模拟校准系统的设置，以符合校准标准。并且，由于数字信号的高电平一般为3.3V，而所述输出引脚204为高压管口，而且是0～+-15V，需要输入以GND为中间电平的正或负的电压信号，所以需要对输入的对地的测试控制信号的电压进行转换，使所述数字信号的高低电平转换之后，再进行输入。由于上述输出引脚204为高压输出端口，能够直接识别3.3V幅度的数字逻辑信号，只需做个电压平移即可，从而使得接口电路简单。

步骤S7:根据所述校准方案，通过电源正极引脚201输入电流，对所述可编程单元102进行烧录。

所述烧录过程通过电源正极引脚201向可编程单元102输入大电流，将可编程单元102内的部分调修单元进行熔断，从而实现校准方案存储，对霍尔感应芯片的参数进行固化。

在进行烧录的过程时，输入的电流要足够大，具有足够的能量使所述可编程单元102的熔丝电阻熔断，具体的，通过电源正极引脚201输入的电流大小为所述可编程单元102的熔断电流，在本发明的一个具体实施方式中，所述熔断电流为100mA。

通过对可编程单元102的校准编程，完成对霍尔感应芯片在应用过程中的参数调整，实现对霍尔感应芯片的校准。

综上所述，本发明的具体实施方式通过对霍尔感应芯片的引脚进行复用，实现对霍尔感应芯片的校准，从而在对霍尔感应芯片进行封装时，不需要形成额外的测试引脚和编程引脚，无需改变封装形式，而且整体电路设计在低压范围内，可以提高设计的可靠性及低成本化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种霍尔感应芯片，其特征在于，包括：

霍尔感应单元；

可编程单元，与所述霍尔感应单元连接；

输出引脚，与所述可编程单元连接，所述霍尔感应芯片根据所述输出引脚上输入的测试控制信号在测试模式和传感模式之间进行切换，所述输出引脚用于在测试模式时，输入数字信号，以对所述可编程单元进行编程，以及在传感模式下输出与外加磁场信号对应的传感信号，所述测试控制信号为标准控制逻辑信号；

电源正极引脚，用于输入电流，对可编程单元进行烧录。

2.根据权利要求1所述的霍尔感应芯片，其特征在于，所述输出引脚通过转换单元连接至可编程单元，所述转换单元用于对模拟校准测试时输入的测试控制信号进行数模转换。

3.根据权利要求1所述的霍尔感应芯片，其特征在于，所述霍尔感应芯片还包括电源负极引脚和接地引脚。

4.根据权利要求1所述的霍尔感应芯片，其特征在于，所述霍尔感应单元与电源正极引脚之间连接有降压单元，用于电源正极引脚输入的工作电压降至霍尔感应单元的工作电压。

5.根据权利要求1所述的霍尔感应芯片，其特征在于，所述可编程单元为单次可编程单元或多次可编程单元。

6.一种霍尔感应芯片校准方法，其特征在于，包括：

提供霍尔感应芯片，包括霍尔感应单元、与所述霍尔感应单元连接的单次可编程单元、输出引脚和电源正极引脚；

对所述霍尔感应芯片进行校准测试，获取校准方案，包括：通过输出引脚输入测试控制信号，将所述霍尔感应芯片切换为测试模式，所述测试控制信号为标准控制逻辑信号；通过输出引脚对所述可编程单元进行编程，然后外加磁场信号，通过输出引脚输入测试控制信号将所述霍尔感应芯片切换为感应模式，并获取所述输出引脚输出的与外加磁场信号对应的感应信号，不断调整所述校准方案，直至所述感应信号与预设信号一致；

根据所述校准方案，通过电源正极引脚输入电流，对所述可编程单元进行烧录。

7.根据权利要求6所述的霍尔感应芯片校准方法，其特征在于，所述输出引脚通过转换单元与可编程单元连接，所述转换单元根据模拟校准编程方案控制所述可编程单元，并对输出引脚输入的测试控制信号进行数模转换。

8.根据权利要求6所述的霍尔感应芯片校准方法，其特征在于，还包括：将电源正极引脚输入的工作电压降至霍尔感应单元的工作电压。

9.根据权利要求6所述的霍尔感应芯片校准方法，其特征在于，在对所述可编程单元进行烧录时，通过电源正极引脚输入的电流大小为所述可编程单元的熔断电流。