CN1070070A

CN1070070A - 带自动补偿的霍尔传感器

Info

Publication number: CN1070070A
Application number: CN92108973A
Authority: CN
Inventors: 乌利希·塞乌斯; 玛利亚·莫茨; 尤尔根·尼道夫
Original assignee: Dezhong Itt Industry Co ltd
Current assignee: Dezhong Itt Industry Co ltd; TDK Micronas GmbH
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1993-03-17
Anticipated expiration: 2007-07-30
Also published as: EP0525235B1; JP3283911B2; KR100197821B1; DE59109002D1; EP0525235A1; KR930002828A; JPH05251786A; US5260614A; CN1032888C

Abstract

用热合工艺技术使产生工作电流(iv，j)的装置紧密地与霍尔元件(h)耦合在一起。霍尔元件在灵敏度上由温度引起的变化通过供应电流(iv)和补偿电流(j)限定的控制而得到补偿。为实现这种控制，至少要提供两个至少能产生两个辅助电流(i₁，i₂)的电流源(q₁，q₂)。依靠加法/减法装置(k₁，k₂，…)具有其它温度函数形成的电流(iv，j，ik₁，…)通过和/ 差及不同加权而由辅助电流(i₁，i₂)形成。

Description

本发明涉及一个带有补偿的单片集成霍尔传感器。这个霍尔传感器包括一个用于提供工作电流的电源供应装置，本发明还涉及一种自动补偿霍尔元件生产引起灵敏度（Production-induced sensiticity）和带有和不带有磁带开关装置的霍尔元件的温度函数的一种方法。

单片集成霍尔传感器是市场上买得到的，它除用了测量磁场外，还越来越多地用于实现无触点开关的领域。这些领域包括，例如，汽车转速计或传动中的旋转速度测量领域。在这种开关的应用中，单向或交变磁场的方向和量值就是通过霍尔电压来确定的，并且当超出一定的阈值时，一个计数脉冲就会被释放出来。由晶体管开路集电极构成的电子开关在多数情况下都是集成电路的一部分，因此亦可成为霍尔元件的一部分。在开关应用中，霍尔传感器一般包括放大传感元件或缓冲放大器，有磁滞的施密特触发器级和电流和/或电压供应装置。目前熟知的霍尔传感器的缺点是生产变化在灵敏度上的补偿和霍尔元件的温度函数的补偿必须在芯片制造当中由单独的调节步骤来完成。

因此，本发明的目的就是提供一个补偿霍尔传感器的电路和以该电路为基础的一种方法，这种方法能在灵敏度方面对技术工艺和温度引起的变化自动补偿，而不需要单独的调节步骤。

本发明提供的优点实质上在于排除了对单独调节的需要，这样，更简单的半导体器件制造技术就可以得到应用。另外，由于其它所需要的必不可少的调节接触的区域减少，从而使所需要的芯片区域减少，自动补偿既可以在测量应用领域的线性霍尔传感器方面得到应用，又可以在具有开关功能的霍尔传感器方面得到应用。例如，它可以包括一个磁带开关功能。也可以在一定的限度范围内预置霍尔传感器的温度函数。由于自动补偿仅由有关半导体芯片的生产工艺参数跟踪来控制，这些参数的非线性影响也极大地得到了补偿。

本发明的一个基本设想就是霍尔元件的工作电流是由半导体芯片上的电流供应装置产生的，即用热和工艺技术的方法将该装置耦合到霍尔元件半导体区域。霍尔电压（＝uh）取决于霍尔元件半导体区域的技术参数，绝对度（＝T）和参考温度（＝T₀），具体关系如下：

（1）uh（T）＝μH（T）×R（T）×iv（T）×B，这里μH＝与温度和材料相关的霍尔迁移率

（1.1）μH（T）＝μ（T₀）×1/（1+a×△T）

△T＝T-T₀＝参考温度差

R（T）＝霍尔元件的欧姆电阻

R（T）＝R（T₀）×（1+a×△T）

iv（T）＝霍尔元件的供应电流

B＝磁感应

a＝在参考温度时霍尔元件半导体区域表层电阻率（＝r′）的温度系数

霍尔电压的温度和工艺技术函数是通过将个别的函数关系替换到公式（1）中得来的。技术相关因子（1+a×△T）除去了，因而如果磁感B与温度无关的话，使得只有供应电流iv（T）的温度函数才能进入霍尔电压中。

（2）μh（T）＝比例因子×iv（T）

公式（2）表示，霍尔电压的温度函数紧密地与供应电流的温度函数相关联。当然，如果供应电流的温度函数被调节到0的话，霍尔电压将显示没有温度函数，这一点是特别令人感兴趣的。

如果一个补偿电压（＝μj）通过霍尔元件检测输入端上的补偿电流（j）而叠加在霍尔电压uh上，那么这个补偿电压值为：

（3）uj（T）＝j（T）×rh（T）

这里rh＝霍尔元件的等效电阻

于是，

（4）uj（T）＝j（T）×rh（T₀）×（1+a×△T）

因此，为使参考温度T₀下的补偿电压温度函数到零点，补偿电流必须满足下列条件：

（5）j（T）＝j（T₀）×1/（1+a×△T）

为了跟踪霍尔电压和补偿电压温度函数，尤其在零调整期间，由公式（2）和（5）而来的下述条件必须满足：

（6）△iv（T）/△j（T）＝1+a×△T

公式（6）把霍尔元件工作电流的温度函数比率与霍尔元件半导体区域的表层电阻（＝r′）的温度函数结合起来，由因子（1+a×△T）来限定。这样，根据公式（6），工作电流温度函数的绝对值对工作电流iv和j的每一个来讲，都是可以任意预置的。由于公式（6）应用于任何参考温度T₀和整个的工作温度范围，这就为不同电路变形的温度补偿提供了一个极好的评价标准。

本发明还进一步确认，通过形成具有不同温度函数的电流的和或差具有其它函数的电流就能形成。不同的温度函数越大，这种方法的可重复性就越好。根据本发明，用于至少两个具有不同温度函数的辅助电流的电源供应装置集成在霍尔传感器上。假设相应温度是近似于线性的，相对斜率就决定于参考温度T₀，例如333开尔文度。相对的斜率作为一个正或负的ppm值（ppm＝百万分之一）是有利于结出的。通过加或减相应的ppm值，能够很容易地确定相关联的部分和在相应的参考温度T₀的辅助电流的加权因子，这就产生了在参考温度T₀下具有所期望的温度系数的新电流。在不知道参考温度T₀以外的确切温度函数的情况下，在整个温度范围内使温度调整多么好是不能确定的，而温度近似值可能或多或少地好一些。

下面的简单例子是说明根据等值的两个辅助电流I₁，I₂确定加权因子的。I₁有一个+5000ppm的温度函数，I₂有一个-2000ppm的温度函数，通过I₂的加权因子2.5相加;就得到了总电流，总电流的温度函数是0ppm，即表明至少在参考温度下没有温度函数。I₁+2.5×I₂给出简单的ppm计算表示法：

5000ppm+（-2.5×2000ppm）＝0ppm

用I₂的加权因子2相减，给出一个差分电流I₁-2×I₂，这个差分电流在参考点上的温度有下列的简单ppm计算表示法表示的值：

5000ppm-（-2×2000ppm）＝9000ppm

为了电流可足够地产生以及可容许通过ppm表明的加权因子简单计算，差分电流大约应该是单一电流I₁或I₂的数量级。具有不同温度函数的电流产生将参考具体实施例解释。

根据公式（6），自动地补偿磁滞开关灵敏度，根据供应电流iv（T）所具有的那一种函数，即可有利地实现。下面要考虑的是假设霍尔元件半导体区域的表层电阻率r′作为供应电流iv和补偿电流j大小的共同因子。

第一例子：如果iv（T）是一个恒定的量，并且与温度无关，那么uh（T）也是一个恒定的量，但补偿电流j（T）的温度函数必须遵循下列条件：

（7）j（T）＝j（T₀）/（1+a×△T）

图1表示上述的一个最佳实施例。

第二个例子：如果霍尔元件的电源由供应电压V_DD直接提供，这样，由于供应电流iv和霍尔灵敏度在那时都是最大的，另一种有利的工作模式就会得到。在该情况下，供应电压V_DD的相应值和供应电压的通常温度函数V_DD（T），以及霍尔元件半导体区域的温度函数进入供应电流iv的量值，这样，供应电流iv（T）就由下列公式来决定。公式中V_DD表示一个固定的供电电压参考值或一个标准值：

（8）iv（T，V_DD）＝iv（T₀）×（V_DD/V_DD0）/（1+a×△T）

根据公式（6）补偿电流j（T）也必须取决于供应电压V_DD。但是，霍尔元件半导体区域的温度函数则必须进入具有因子1/（1+a×△T）²的补偿电流的量值中。这样，下面的有条件的公式得出了补偿电流j（T）：

（9）j（T，V_DD）＝j（T₀）×（V_DD/V_DD0）/（1+a×△T）²

所期望的温度函数是通过第二个电流分量ik₂乘以第一电流分量ik₂来取得，其中ik₁与1/（1+a×△T）成比例，ik₂与（V_DD/V_DD0）/（1+a×△T）成比例。这样，ik₁×ik₂＝j自然与（V_DD/V_DD0）/（1+a×△T）²成比例。由于电流相乘，具有零温度系数的第3电流分量ik₃就需要作为一个参考电流。第二个例子的最佳实施例如图2所示。

第三个例子，在一个更有利的工作模式中，霍尔元件的供应电压是由一个温度稳定的霍尔元件供应电压（＝V）提供，而不是由那个未校准的供应电压V_DD提供。然后，就仅仅需要电流分量ik₁的平方而不是需要ik₁和ik₂这两个不同电流分量的相乘。具有零温度系数的参考电流ik₃仍然需要。补偿电流j（T）由下列公式得出：

（10）j（T）＝j（T₀）/（1+a×△T）²

如果a×△T远远小于1，那么平方因子1/（1+a×△T）²就可以近似地由因子1/（1+2×a×△T）代替，这样就可能使设计更为简单化，这又是通过带有不同温度特性的电流的加或减来实现的。顺便说一下，上述情况适用于公式（8）和（9）中的平方因子。第三个例子中的最佳实施例如图3所示。

本发明和其它优点将通过参考各自的附图来详细地解释，其中：

图1是带有磁滞开关装置的霍尔传感器的第一最佳实施例的方框图;

图2是第二个最佳实施例的方框图，该装置中的霍尔元件是由供应电压V_DD直接供电;

图3是利用一个温度稳定霍尔元件供应电压V的第三个最佳实施例的方框图。

图1所示的是带有磁滞开关装置的霍尔传感器的第一个实施例。这是一个自补偿的霍尔传感器，这个霍尔传感器是通过使用单片集成电路技术来实现的，在这个传感器中，提供工作电流的所有电源供应装置都被集成在芯片表面Ob上。该霍尔传感器设计为三端装置，即仅仅需要电源供应电压端V_DD，接地端M，和一个低阻抗的输出端K，这个输出端提供霍尔传感器的输出信号。

图1的具体装置包括一个磁滞开关装置hs，hs将补偿电压uj叠加在霍尔电压uh上，以引起与霍尔元件h的检测输入2和4相连接的比较器K的限定的开关。霍尔元件h可以简单地描述为，它由两个并联的霍尔元件与晶体晶格网络成90°角放置，并且相对晶体边缘成45°角的方向。

为允许霍尔元件被用作一个断续开关，使补偿电压uj被交替开关，开关动作由比较器K各自的状态而产生。为了这个目的，比较器K的输出连接到控制器st。控制器st又决定着电子转换开关s的相应位置。根据后者的位置，补偿电流j被通过检测输入2或4输送到霍尔元件h。这个补偿电流j通过检测端2或4与接地端3之间的霍尔元件等效电阻rh产生补偿电压uj。

对测量磁场的量而言，磁滞开关装置hs是不必要的。比较器K由一个高阻抗浅线性传感装置来代替，这个装置检测霍尔电压uh，并且可以在低阻抗的输出端K得到一个相应的电压值。

补偿电流j的叠加不必在霍尔元件h上直接发生，但可能受去耦叠加装置f的影响，这个附电路的细节如图1所示。去耦网络由两个并联的晶体管组成，其增益利用等值的辅助电阻ra、ra′调整到相同值。连接到控制器端子2′，4′的是比较器K，在这里，补偿电流j被注入。基极2，4和集电极2′，4′都被连接在霍尔元件h和电子转换开关s的类似的各端。上述去耦叠加装置f仅是示范的。其它具体实例，包括使用场效应晶体管的具体装置，都能够由本领域技术人员实现。补偿电流j或它的一部分，也可以对称地叠加在霍尔电压uh上，而不需要磁滞开关装置hs。

这里清楚地指出，这些实施例适合由用双极型管和场效应管技术或者二者混合的技术单片集成。各自电路参数的匹配和各自电路组件最适合的设计都是本领域技术人员所熟知的。

霍尔元件的工作电流，也就是供应电流iv和补偿电流j，都产生于集成在芯片表面Ob上的电源供应装置。这使工作电流能热地工艺技术上地耦合到霍尔元件半导体区域和其相应的工作温度T的产生偏差上。为了这个目的，电源供应装置包括了一个具有第一温度函数的用于第一辅助电流i₁的第1电流源q₁，以及具有第2温度函数的用于第2辅助电流i₂的第2第流源q₂。第1和第2电流源q₁和q₂包括至少1个第1电阻r₁和1个第2电阻r₂，第1、第2电流源的半导体区域在技术工艺上与霍尔元件h的半导体区域是相同的。例如，第1电流源q₁包括一个带有1个晶体管对t₁、t₂的带隙电路，这个晶体管对的发射区比率有这样的值A，例如A＝14决定第1辅助电流i1的第1电阻r₁由一个24千欧姆的电阻与一个207千欧姆的电阻串联构成。

众所周知，带隙电路的工作事实上主要是：晶体管对t₁、t₂的等发射电流是由调整电路调整到这样一个值，即基极-发射极电压差，该差值是由发射区系数A引起的，它与包含在电压比较中的r₁的电阻的电压降相等值。这个电压比较是由第一控制器g₁完成的，这个放大器的输入被连接到第1晶体管t₁的发射极和第1电阻r₁的电压分配器的抽头上。

这个第1控制放大器g₁的输出被耦合到控制电流组的控制输入上，这个控制电流组通过不同的变换比产生了一个第1电流变换器b₁。根据上面给出的电阻值，带隙电路bg提供给每一个晶体管t₁，t₂517微安的发射极电流，-这就是第1辅助电流i₁。

如图1表示的带隙电路的实施例只是一个例子，而且这个例子由于使用了场效应管技术而有很合适的优点：晶体管对t₁，t₂由基片晶体管组成，这种晶体管可以非常容易地用CMOS工艺技术实现。

带隙电路bg的另外一个优点是，它附加地提供了一个温度稳定的带隙电压Vr，这个电压是作为第2电流源q₂的参考电压。在最简单的情况下，第2电流源q₂仅仅包括一个第2电阻r₂，这个电阻在工艺技术上与霍尔元件半导体区域的电阻相同，以及还有一个比较第2电阻两端电压与带隙电压Vr的第2控制放大器g2。通过第2电阻r₂的电流，即第2电流i₂由由第2控制电流组，第2电流变换器b₂调整的，直到第2电阻r₂两端电压与带隙电压相等。于是，第2电流源q₂起着电压-电流变换器ui的作用。

第1辅助电流i₁的温度函数是由带隙电路bg根据下式决定的：

（11）i₁（T）＝i₁（T₀）×（T/T₀）/（1+a×△T）

由于温度稳定带隙电压Vr的原因，第2辅助电流i₂的温度函数是：

（12）i₂（T）＝i₂（T₀）/（1+a×△T）

如电压-电流变换器Ui的参考电压Vr不是与温度无关而取决于温度系数b（＝第2系数），这个温度函数将不得不作为一个附加因子1+b×△T，合并到条件等式（12）中去。即：

（13）i₂（T）＝i₂（T₀）×（1+b×△T）/（1+a×△T）

例如，参考电压Vr与工艺技术有关的温度函数，可以通过从一个或更多的基极-发射极路径的温度函数中得出来实现。这可以在一个合适的附加带隙电路中实现。

为说明图1中的实施例，下面给出一个具体示范值。温度稳定带隙电压Vr为1.2V，电阻r₂为39千欧姆，第2辅助电流i₂为21微安。利用CMOS技术，从n-well的表面电阻率r′即可推出霍尔元件半导体区域的温度系数a为+6220ppm，这里相应地给出了第1、第2辅助电流i₁、i₂的温度系数在参考温度T₀为333开尔文度时为-2887ppm和-6220ppm。

图1的实施例是在这样一个假设的基础上，即霍尔电压uh（T）是与温度无关的，根据公式（2），要求供应电压iv（T）也是与温度无关的。第1和第2电流变换器b₁和b₂分别传输第1和第2分量电流i₁₁、i₁₂，…和i₂₁，i₂₂，相对于第1、第2辅助电流i₁和i₂其具有固定的变换比C₁₁，C₁₂…和C₂₁C₂₂，…，通过这种布置，即可实现所显示的实施例。通过在加法减法装置中加/减第1、第2分量电流，具有所期望的温度函数的工作电流ui和j便产生了，这些都是通过加权因子C₁₁，C₁₂…产生的固定的分量电流比而调整确定的。加法/减法装置是由节点K₁，K₂，…形成的，各自的分量电流被提供到这些节点。

为了电流相加，来自两个电流变换器b₁，b₂的两个分量电流被直接供应到相应的节点，对于电流相减，一个分量电流的流动方向通过电流镜P在这个电流输入相关节点之前被反向。在电流相加过程中，正确标符号的ppm值针对参考温度相加，而在电流相减过程中，由于分量电流依靠电流镜P改变方向。ppm值在相加之前符号已相反。

在这种方式下，与温度无关的供应电源iv可以由两个分量电流构成，形成的电流必需通过一个合适的变换比而被高倍放大，这是因为霍尔元件的供应电流是7毫安。因此，可以在图1的实施例中采用不同的方法通过控制放大器r产生供应电流，这个控制放大器调整供应电流iv，直到霍尔h的检测输入2处的电压等于参考电压UV。这个控制是依靠一个第3控制器q₃完成的，这个第3控制器的输出是被耦合到P-沟道晶体管的栅极，这个栅极被连接到供应电压V_DD到霍尔元件供应端之间的电流控制元件上。参考电压UV是由一个第3电阻r₃形成的，这个电阻在工艺技术上与霍尔元件半导体区域是等效的，并被提供一个来自第1节点K₁的与温度无关的电流iv的因为i₁₁＝45微安，并且i₂₁＝21微安，所以这个实施例中iv₁＝24微安。加权因子C₁₁，C₂₇……是通过各自分量电流i₁₁，i₂₁，…的大小而确定的。

由于两个电流源q₁，q₂的特定的耦合，第2电流变换器b₂的输出电流具有根据公式（7）的补偿电流j（T）的温度函数。因此，补偿电流j就带有来自电流镜P的输出的加权因子C₂₃，电流镜P的输入由第2电流变换器b₂的第2辅助电流i₂提供。这里假设输入到电流镜的电流是21微安，并且加权因子C₂₃对应于0.74微安的电流。这样，供应电流iv大约比补偿电流j大10000倍。

图1的实施例表明来自通过第2节点K₂的电流镜P的点线，如果有必要，通过节点K₂带有加权因子C₂₂的恒定的补偿电流被注入霍尔元件h的检测输入2，这里产生了霍尔电压uh的不平衡漂移。

来自带有加权因子C₂₄的第1、第2电流变换器b₁，b₂的虚线将说明在其它的ppm值，补偿电流j可通过第3节点K₃由不同加权的分量电流形成。

最后，一个点划线说明第1电流变换器b₁的进一步输出，第1电流变换器的加权因子C₁₃与第4节点K₄相连接，该节点也被提供来自电流镜P的加权因子C₂₂。这个点划线将示意地说明，通过确定加权因子的最佳值，既使非线性影响也可以在电流的加/减中加以考虑，就为高级别的影响提供了进一步的补偿能力。除了在参考温度T₀的斜率以外，在整个温度范围中的分量电流的特性曲线都可以被考虑进去，结果平均来说，补偿得到改善。由优选确定的加权因子不同于仅仅考虑参考温度T₀的加权因子。但方程（6）中的条件不能打破。

在图2和图3的实施例中，在电源供应装置和磁滞开关装置区域处所示的功能单元是与图1中所示的那些有部分的相同。因此，这些功能单元由相同的标号指明，并且不再描述。不象图1的那样，图2中霍尔元件h直接与电源供应电压V_DD相连接，结果供应电流iv仅受霍尔元件的欧姆电阻R限制。这就在预定的供应电压V_DD下提供了最大的磁场灵敏度。

补偿电流j（T）的条件根据公式（9）得出。重要的是温度和材料特性因子1+a×△T的平方成为公式（9）的一部分。在图2的实施例中，这是在乘法器m中通过乘以第1和第2电流分量ik₁ik₂实现的。第1电流分量ik₁是从第2辅助电流i₂中得出的。辅助电流i₂的温度函数由公式（12）给出。第2电流分量ik₂必须与电源供应电压V_DD和有关霍尔元件半导体区域表层电阻率r₁的倒数成比例。第2电流分量ik₂的附条件公式因此为：

（14）ik₂（T，V_DD）＝ik₂（T₀）×（V_DD/V_DD0/（1+a×△T））

第2电流分量ik₂是通过第3电流源q₃形成的，这个电流源包括一个电流调节电阻r₄，这个电阻的半导体区域在技术工艺上与霍尔元件半导体区域是相同的。通过这个电阻r₄，供应电压V_DD或者它的成比例的一部分将下降，这样，一个预先期望的函数得到了。因为电阻r₄和PNP电流镜的基极-发射极路径的串联的缘故，图3所示的第3电流源仅仅近似地满足了这个要求。这个更精确但更昂贵的电路是本领域技术人员所熟悉的，大部分情况下，它们都被作成控制级。

乘法器m的输出送出具有根据公式（9）的所期望的温度函数的补偿电流j。

当制作实现乘法器m时，必须区别使用双极型管技术工艺或者场效应管独术，特别是CMOS技术制造。用双极型管技术时，基极-发射极电压与发射极或集电极电流是指数函数关系，当用场效应晶体管技术时，其栅-源电压和漏电流之间是平方律的关系。用这两种方法乘法器m的参考电流输入br仍然由第3电流分量ik₃供应，这个电流分量ik₃一定是与温度无关的。通过两个分量电流加权的加/减，这个第3分量电流ik₃通过如图2中所示的第5节点K₅产生。这个与温度无关的电流，就是图1的实例中的与温度无关的电流ik₁。更详细的解释就不必要了。

例如用CMOS技术制成的乘法器m在“IEEE固态电路杂志”1987年6月3日第SC-22卷第357至365页，一篇题为“基于饱和MOS晶体管的平方定律特性模拟CMOS电路的一类”的文章中被描述过。再例如一个用双相型管技术制作的乘法器在U.Tietze和Ch.Schenk所著的“高级电子电路”一书（Springer-Verlag 1978年版）的1.8.2章的36到37页上的“具有对数功能网络的乘法器”一文中也描述过。在该文给出的例子中的图1.39中示意利用参考电压U₂对两个模拟电压值U_x和U_y相乘。通过忽略输入电阻R₁、R₂、R₂′，电路用一个简单的方式为输入电流转换。更进一步地，电流输出一定由利用电压、电流转换器由电压输出U₀而形成的。

图3所示的实施例与图2的实施例的不同之处仅仅在于霍尔元件h的供应端1不是连接未调整的电源供应电压V_DD，而连接温度稳定霍尔元件供应电压V。霍尔元件供电电压是由标准电压源Vg产生的，而标准电压源Vg可以构成上述举例的图2或图3中的电源供应装置的一部分。最好的解决办法是带隙电路Vg，这个带隙电路已经产生了温度稳定输出电压Vr。这个电压仅需要用常规电路方法升高到霍尔元件电源供应电压值，这个电压还会由适合的控制电路进行。

在图1所示的实施例中，第1，第2电流源q₁，q₂用这样一个方法耦合到一起，这个方法就是第2辅助电流i₂在第2电阻r₂上产生一个与温度无关的电压降。因为霍尔元件的表层电阻率和第2电阻r₂在技术工艺上是相同的，第2电流组b₂的升高电流通过霍尔元件h的欧姆电阻产生了一个电压降，这个电压降也是与温度无关的。这一实现过程在图3所示的实施例中得以简略说明，这里的霍尔元件供应端1是从电流变换器b₂那里接过来的。

由于温度稳定霍尔元件供应电压V的缘故，电路在乘法器m的区域得到简化，因为第2电流分量ik₂没有必要，只需形成第1电流分量ik₁，这个电流分量然后被平方。馈入参考电流输入br的第3电流分量ik₂保持不变。第1电流分量ik₁的平方是利用平方器mq完成的，这个平方器是通过上述的乘法器m构成的，于是，第1电流分量ik₁被送入两个乘法输入端。

电流分量ik₁，ik₂的平方或相乘，导致在形成的电流j中的平方因子1/（1+a×△T）²。如果a×△T远远小于1，平方项可近似地由因子1/（1+2×a×△T）代替。然而，具有这样温度函数的电流可由图1所示的两个分量电流的加权加/减产生。省去了对相对复杂的电流乘积或平方的需要。参见图3，通过第6节点K6和虚线电流连接到第1和第2电流变换器b₁，b₂来实现。第6节点的输出就产生了所需的补偿电流。

Claims

1、用单片集成电路技术实现的包括用于提供工作电流的集成电源供应电路装置的有补偿的霍尔传感器。

其特征在于：

--电源供应装置包括一个用于具有第1温度函数的第1辅助电流(i₁)的第1电源源(q₁)和用于具有第2温度函数的第2辅助电流(i₂)的第2电流源(q₂)；

--第1、第2电流源(q₁，q₂)分别包括一个第1电阻(r₁)和第2电阻(r₂)，其半导体区域在技术工艺上与霍尔元件(h)的半导体区域相同；

--第1电流变换器(b₁)和第2电流变换器(b₂)分别传输第1分量电流(i₁₁，i₁₂…)和第2分量电流(i₂₁，i₂₂…)，其相对于第1和第2辅助电流(i₁，i₂)分别具有预定的传输比(c₁₁，c₁₂…；c₂₁，c₂₂…)；以及

--加法/减法装置通过第1、第2分量电流的加/减产生具有所需温度函数的工作电流(iv，j)。

2、权利要求1中的霍尔传感器，其特征是，检测霍尔电压（uh）的元件（k）被集成在芯片的表面（Ob）。

3、权利要求2中的霍尔传感器，其特征在于：

-工作电流包含一个供电电流（iv）和一个补偿电流（j）;

-叠加装置（hs）利用补偿电流（j）把补偿电压（uj）叠加在霍尔电压（uh）上;

-当补偿电流（j）被注入在技术工艺上与霍尔元件半导体区域相同的、至少一个辅助电阻（ra，ra′）时，叠加或者在霍尔元件（h）上直接发生，或者与霍尔元件分离;

-补偿电源（j）的温度函数是通过分电源比而确定的，它与供应电流（iv）的温度函数有下列关系：

△iv（T）/△j（T）＝1+a×△T

这里

a＝霍尔元件半导体区域的表层电阻率的温度系数＝第一系数

T＝绝对温度

T₀＝参考温度

△T＝T-T₀＝参考温度差

4、权利要求3的霍尔传感器，其特征在于：

-检测元件是一个有两个状态的比较器（K）;

-叠加装置包括一个磁滞开关，这个磁滞开关通过相应的开关位置决定磁滞电压（uj）的方向;

-磁滞开关装置的控制输入（hs）被连接到比较器（K）的输出上。

5、权利要求4的霍尔传感器，其特征在于：

-第一电流源（q₁）包括一个带隙电路（bg），这个电路利用具有发射区比率A的晶体管对（t₁，t₂）和第1电阻（r₁）产生具有下列温度函数的第1辅助电流（i₁）：

i₁（T）＝i₁（T₀）×（T/T₀）/（1+a×△T）

-第2电流源（q₂）包括第2电阻（r₂），这个电阻两端显示出一个不同于第1电阻（r₁）两端电压温度函数的电压（Vr）;

-第2辅助电流（i₂）的温度函数是通过如下所示的一个第2系数（b）（＝第2电阻（r₂）两端电压（Vr）的温度系数）和第一系数（a）来确定的;

i₂（T）＝i₂（T₀）×（1+b×△T）/（1+a×△T）

并且

-第1和第2电流变换器是一个第一被控制的电流组（bank）（b1）和第2控制电流组（b₂），这些电流组的输出传输以预定传输比（C₁₁，C₁₂…;C₂₂，…）（＝加权因子）的分量电流（i₁₁，i₁₂…;i₂₁，i₂₂…）。

6、权利要求5的霍尔传感器，其特征是在电阻（r₂）两端的电压（Vr）为一个来自带隙电路（bg）的温度稳定电压。

7、对霍尔元件（h）的生产引起的灵敏度和温度函数自动补偿的方法，其特征在于下述步骤：

-霍尔元件（h）要求的工作电流（iv，j），利用与霍尔元件（h）集成在一个芯片表面上的电源供应装置，与霍尔元件热致地、工艺上地、紧密地耦合;

-电源供应装置产生了一个具有第1温度函数的第1辅助电流（i1）和一个不同于第1辅助电流的具有第2温度函数的第2辅助电流（i₂）;霍尔元件半导体区域的表层电阻率（＝r′），作为一个共同的与温度和技术工艺有关的因子r′×（1+a×△T），决定第1、第2辅助电流（i1，i2）的大小和温度函数;

-通过利用加法/减法装置（K₁，K₂…）对第1、第2辅助电流（i₁，i₂）均衡地加或减，霍尔元件（h）的工作电流（iv，j）会随着由各自的辅助电流部分大小决定的工作电流的温度函数而形成。

8、如权利要求7的方法，该方法的特征是：电源供应装置包括电流调节电阻（r₁，r₂），这两个电阻在技术工艺上与霍尔元件半导体区域的相等。

9、如权利要求8中的方法，其特征是：霍尔元件的工作电流是由一个供应电流（iv）和一个补偿电流（j）形成的，这两个电流温度函数关系如下：

△iv（7）/△j（T）＝1+a×△T

10、一种在权利要求8中要求的方法，其特征在于：

-第1辅助电流（i₁）是利用一个带隙电路（bg）产生的，第1辅助电流（i₁）的大小是由第1电阻（r₁）以及一个具有发射区比率为A的晶体管对（t₁，t₂）决定的，这个电阻（r₁）与霍尔元件半导体区域在技术工艺上相同;

-第2辅助电流（i₂）是利用第2电阻（r₂）形成的，这个电阻（r₂）在技术工艺上与霍尔元件半导体区域是相同的，在这个电阻两端形成一个电压（Vr），这个电压的温度函数与第1电阻（r₁）两端电压的温度函数不同。

11、如权利要求10的方法，其特征是：第2电阻（r₂）两端的电压是来自带隙电路的温度稳定的电压。

12、一种在权利要求9中要求的方法，其特征在于：

-供应电流（iv）被调整，使得它在操作范围中的温度函数变为零。

-补偿电流（j）也被调整，从而使它在操作范围内温度函数决定于公式j（T）＝j（T₀）×1（1+a×△T）。

13、一种在权利要求7中要求的方法，其特征在于：通过自动补偿，除了在第1和第2辅助电流的成比例的加或减中考虑线性部分外，也考虑温度系数的非线性部分，通过成比例地对第1及第2辅助电流函数的非线性部分也被减少了，第1和第2辅助电流（i₁，i₂）的各自部分是由附加的传输比（C₁₂，…）决定的，而上述必须得到预先调整。

14、对一个包括磁滞开关装置（hs）的霍尔元件（h）的生产和温度感应磁滞开关灵敏度自动补偿的方法，该方法通过以下步骤实现：

-霍尔元件（h）要求的供应电流（iv）是由霍尔元件电阻和向那里提供的供应电压（V_DD）决定的;

-霍尔元件（h）要求的补偿电流（j）与通过热的技术工艺上地紧密地耦合到霍尔元件上的，而这又是由集成到霍尔元件芯片表面（Ob）上电源供应装置实现的;

-当乘法器（m）的参考输入（br）接收参考温度（T₀）上的温度函数是零的第3电源分量（ik₃）时，流入磁滞开关装置（hs）的补偿电流（j）依靠乘法器（m）由一个第1和一个第2电流分量（ik₁，ik₂）形成;

-第1电流分量（ik₁）是通过相互作用的第1电流源（q₁）和第2电流源（q₂）而形成的，因此第1电流分量（ik₁）有下列函数关系：

ik₁（T）＝ik₁（T₀）×1/（1+a×△T）

这里

a＝霍尔元件半导体区域的温度函数（＝第1系数）

T＝绝对温度

T₀＝参考温度

△T＝T-T₀＝参考温度差

-第2电流分量（ik₂）是通过第3电流源（q₃）而形成的，因此供应电压（V_DD）连同它的绝对值和它的温度函数进入第2电流分量（ik₂），如下：

ik₂（T，V_DD）＝ik₂（T₀）×（V_DD（V_DD0）/（1+a×△T）

并且

-第3电流分量（ik₃）由第5节点（K5）形成，通过来自第1电流源（q₁）的第1辅助电流（i₁）和来自第2电流源（q₂）的具有另外一个温度函数的第2辅助电流（i₂）的按比例的加或减而得到，相应的电流部分（＝加权因子）固定，形成电流（ik₃）（等于第3电流分量）显示，至少在参考温度（T₀）下不取决于温度。

15、权利要求14中要求的方法，其特征如下：

当第1电流分量（ik₁）被平方和第3电流分量（ik₃）被输入到平方器（mq）的参考电流输入（br）时，如果用于霍尔元件（h）的未校准的供应电压（V_DD）由来自校准电压源（vg）的电压和温度稳定的霍尔元件供应电压（V）代替，那么，乘法器（m）就可以由平方器（mq）代替。

16、权利要求14或15中要求的方法，其特征是：补偿电流（j）的二次温度函数因子1/（1+a×△T）是由第1和第2辅助电流（i₁，i₂）通过第6节点（K₆）按比例的加或减所代替的，据此电流（j）（等于补偿电流）形成了，它在参考温度T₀的温度函数近似由因子1/（1+2×a×△T）来决定。