CN107076806B - 具有偏移补偿的霍尔效应传感器电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于利用霍尔效应传感器对来感测磁场强度的方法和设备包括在第一阶段期间对霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样以及组合所感测到的电压。在第二阶段期间，获得霍尔效应传感器的所感测到的电压并且组合所感测到的电压。组合来自第一阶段和第二阶段的所感测到的电压以获得经求和的电压并且去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。在一个布置中，经求和的电压对应于向第二霍尔效应传感器的霍尔电压加第一霍尔效应传感器的所感测到的霍尔电压。在另一布置中，经求和的电压对应于第一霍尔效应传感器的所感测到的霍尔电压减第二霍尔效应传感器的所感测到的霍尔电压。计算经求和的电压相对于参考电压中的改变以确定具有磁体或类似装置的转轴的速度。
Description
背景技术
本发明涉及包括提供偏移补偿的霍尔效应传感器的霍尔效应传感器电路布置。
霍尔效应传感器检测磁场的用途是已知的。电路可替换地以0度和90度取向对霍尔效应传感器的端子进行采样。这样的技术被称为电流自旋。为了尝试降低可能由诸如机械应力、温度改变或制造失准之类的因素引起的偏移电压误差，利用十字形的霍尔效应传感器。然而，需要低通滤波器来从霍尔效应传感器的输出中去除表示偏移误差的电压纹波。因此，响应速度受低通滤波器限制。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种用于利用连接到霍尔效应感测电路的至少一个霍尔效应传感器来感测磁场的方法，所述方法包括以下步骤：在第一阶段期间向所述至少一个霍尔效应传感器施加驱动电流；在第一阶段期间对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段一电压进行采样；向放大器提供所感测到的阶段一电压；在第一阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段一电压的正电压输出和所感测到的阶段一电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值；切换所述至少一个霍尔效应传感器的端子并且向所述至少一个霍尔效应传感器的不同的端子施加驱动电流以开始第二阶段；在第二阶段期间在所述至少一个霍尔效应传感器的与第一阶段期间不同的端子处对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段二电压进行采样；向放大器提供所感测到的阶段二电压；在第二阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段二电压的正电压输出和所感测到的阶段二电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值；以及对来自第一阶段的正和负电压与来自第二阶段的正和负电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。
在一个实施例中，所述至少一个霍尔效应传感器包括至少一对霍尔效应传感器中的第一个，其中经求和的磁场强度值对应于向霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压加霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压。
一个实施例包括在获得经求和的磁场强度值之后的以下步骤：保持对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压以用于下个第一阶段，以及将霍尔效应传感器的端子切换到对应于第一阶段的端子并且向所述至少一个霍尔效应传感器施加驱动电流以用于重复第一阶段，并且其中重复第一阶段包括重复以下步骤：在第一阶段期间对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段一电压进行采样；向放大器提供所感测到的阶段一电压；以及在第一阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段一电压的正电压输出和所感测到的阶段一电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
在另一实施例中，在第二阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段二电压的正电压输出和所感测到的阶段二电压的负电压的步骤包括：切换正电压输出和负电压输出，使得在第二阶段期间向保持电路的第一输入提供负电压输出，所述第一输入在第一阶段期间接收正电压输出，并且使得在第二阶段期间向保持电路的第二输入提供正电压输出，所述第二输入在第一阶段期间接收负电压输出；并且其中对来自第一阶段的正输出和负输出电压与来自第二阶段的正输出和负输出电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压的步骤包括：将来自保持电路的第一输入的电压提供给运算放大器的负输入；将来自保持电路的第二输入的电压提供给运算放大器的正输入；以及提供作为运算放大器的输出的对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于利用连接到霍尔效应感测电路的至少一对霍尔效应传感器来感测磁场的方法，所述方法包括以下步骤：在第一阶段期间向所述至少一对霍尔效应传感器施加驱动电流；在第一阶段期间对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样；在第一阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第一经组合的所感测到的电压；切换霍尔效应传感器的端子并且向所述至少一对霍尔效应传感器的不同的端子施加驱动电流以开始第二阶段；在第二阶段期间在所述至少一对霍尔效应传感器的与第一阶段期间不同的端子处对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样；在第二阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和负霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第二经组合的所感测到的电压；以及将来自第一阶段的第一经组合的所感测到的电压与第二阶段期间的第二经组合的所感测到的电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。另一实施例包括在获得经求和的磁场强度值之后的以下附加步骤：保持经组合的所感测到的电压以用于下个第一阶段，切换霍尔效应传感器的端子以对应于第一阶段的端子，以及向所述至少一对霍尔效应传感器施加驱动电流以用于重复第一阶段。重复第一阶段包括重复以下步骤：在第一阶段期间对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样，以及在第一阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第一经组合的电压。
在一个实施例中，利用至少一对霍尔效应传感器，经求和的磁场强度值对应于向霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压加霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压。在另一实施例中，经求和的磁场强度值对应于霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压减霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压。
另一实施例包括两对或更多对霍尔效应传感器，其中组合霍尔效应传感器对的所感测到的电压。
在另一实施例中，本发明提供了一种霍尔效应感测电路布置，包括：具有端子的第一和第二霍尔效应传感器；第一和第二放大器；第一开关单元，其被配置成将第一霍尔效应传感器的端子选择性地连接到第一放大器的输入，并且第一开关单元被配置成将第二霍尔效应传感器的端子选择性地连接到第二放大器的输入；第一和第二加法器，其用于从第一和第二放大器接收输出；第二开关单元，其被配置成将第一加法器连接到保持电路并且可替换地将第二加法器连接到保持电路，其中保持电路包括电容器；输出放大器，其用于从保持电路和加法器接收电压输入以获得经组合的所感测到的电压；以及控制器，其被配置成控制第一开关单元和第二开关单元。在一个实施例中，控制器被配置成通过如下来在第一阶段和第二阶段中操作感测电路布置：周期性地改变第一开关单元和第二开关单元的状态，以及与第一开关单元和第二开关单元的状态的改变基本上同时地改变保持电路中的开关的状态。
在一个实施例中，第一加法器接收来自第一放大器的正输出和来自第二放大器的负输出，并且第二加法器接收来自第二放大器的正输出和来自第一放大器的负输出。在第二实施例中，第一加法器接收来自第一放大器的正输出和来自第二放大器的正输出，并且第二加法器接收来自第二放大器的负输出和来自第一放大器的负输出。在另一实施例中，感测电路布置没有低通滤波器或使用具有较高截止频率的低通滤波器。
本发明的其他方面将通过对详细描述和附图的考虑而变得显而易见。
附图说明
图1示出第一阶段期间的霍尔传感器电路布置的实施例。
图2示出第二阶段期间的图1的霍尔传感器电路布置。
图3是示出霍尔传感器电路布置的操作期间的电压与时间的关系曲线的图。
图4示出第一阶段期间的霍尔传感器电路布置的另一实施例。
图5示出第二阶段期间的图4的霍尔传感器电路布置。
图6示出第一阶段期间的霍尔传感器电路布置的又一实施例。
图7示出第二阶段期间的图6的霍尔传感器电路布置。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，要理解的是，本发明在其应用中不受限于在以下描述中阐述或在以下各图中图示的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。
图1示出提供偏移补偿的霍尔效应传感器电路布置10。在图1中，一对十字形的霍尔效应传感器12、14感测磁场的存在/缺乏和强度。霍尔效应传感器12、14包括连接到其四个臂的端子A-D。开关单元16包括第一对开关16-1、16-2，其将霍尔效应传感器12的端子A-D连接到运算放大器20。偏置电路(未示出)连接到端子C-A以提供从端子C流向端子A的偏置电流。进一步地，开关单元16包括第二对开关16-3、16-4，其将霍尔效应传感器14的端子A-D连接到运算放大器22，如图1中所示。运算放大器20、22每个包括正和负输入端子，连同正和负输出端子。
霍尔效应传感器电路布置10包括一对加法器24、26，每个具有一对输入和输出。加法器24将放大器20的正输出与运算放大器22的负输出相加。加法器26将运算放大器20的负输出与运算放大器22的正输出相加。
图1中示出的加法器24的输出被提供两个信号路径，其被示出为两个加法器输出电连接器或导线28、30。同样地，加法器26的输出分出支线以提供两个加法器输出电连接器或导线32、34。如在图1的霍尔效应传感器电路中所示，开关单元40包括可选择性地连接到加法器输出连接器28或加法器26的加法器输出连接器34的第一开关40-1。开关单元40包括可选择性地连接到加法器26的加法器输出连接器32或加法器24的加法器输出连接器30的第二开关40-2。
在图1中，开关40-1的输出连接到保持电路44。保持电路44包括电容器46、48、50和开关52、54。如图1中所示，保持电路44的输出连接器56连接到包括输出连接器或信号线62的运算输出放大器60的负输入端子。进一步地，保持电路44的电连接器64、65连接到信号线62。
图1中示出的保持电路44还包括一对电容器68、70和开关72。在保持电路44内示出的开关74贯穿传感器电路布置10的操作保持在闭合位置中，并且因此不被视为其组件。保持电路44的输出连接器76连接到运算输出放大器60的正输入。在图1中，“G”是接地端子的缩写。
运算放大器60的输出连接到比较器80的输入。电压参考发生器82连接到比较器80的另一输入。比较器80提供输出信号84。
霍尔效应传感器电路布置10包括控制器90，其被连接到开关单元16、开关单元40、开关52、开关54和开关72。控制器90被配置成控制开关单元16、40和开关52、54、72的状态。
图1示出感测阶段一中的霍尔效应传感器电路布置10，其中感测利用处于如示出的状态中的开关单元16、40和开关52、54、72而发生。图2示出感测阶段二中的霍尔效应传感器电路布置10，其中开关单元和开关的状态由控制器90改变或切换到如与图1中示出的状态相比相反的状态。图1和2中示出的传感器电路布置10获得差异信号值，所述差异信号值是霍尔效应传感器12与霍尔效应传感器14的磁场强度中的差异。
操作
图1中示出的霍尔效应传感器电路布置10进行如下操作。运算放大器20经由相应开关16-1和16-2从霍尔效应传感器12的端子A和端子C接收电压信号。运算放大器20提供由以下等式限定的放大器20的正端子上的正输出：V1(阶段一)＝Vhall1+Voffset1，其中V1是阶段一期间的放大器20的所感测到的电压，并且其中Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是采样阶段一期间的霍尔效应传感器12与放大器20的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V1(阶段一)对应于在阶段一期间的磁场强度值以及霍尔效应传感器12的霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
同时，运算放大器22经由相应开关16-3和16-4从霍尔效应传感器14的端子A和端子C接收电压信号。运算放大器22提供由以下等式限定的放大器22的正端子上的正输出：V2(阶段一)＝Vhall2+Voffset2，其中V2是阶段一期间的放大器22的所感测到的电压，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是在采样阶段一期间的霍尔效应传感器14的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V2(阶段一)对应于在阶段一期间的磁场强度值以及霍尔效应传感器14的霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
此后，当加法器24连接到放大器22的负输出端子时，加法器24将来自放大器20的正电压输出V1(阶段一)与来自放大器22的V2(阶段一)的负电压输出相加。因此，加法器24提供由以下等式限定的输出信号：Vp(阶段一)＝(Vhall1-Vhall2)+(Voffset1-Voffset2)，其中Vp表示加法器24的经相加的电压输出。因此，阶段一的经组合的所感测到的电压Vp对应于磁场强度值和霍尔传感器与放大器偏移误差值。
同时，当加法器26连接到放大器20的负输出端子时，加法器26将来自放大器22的正电压输出V2(阶段一)与V1(阶段一)的负电压输出相加。因此，加法器26提供由以下等式限定的输出信号：Vn(阶段一)＝-(Vhall1-Vhall2)-(Voffset1-Voffset2)，其中Vn表示来自加法器26的经相加的电压输出。经组合的所感测到的电压Vn(阶段一)对应于磁场强度值和偏移误差值。
如图1中所示，在阶段一期间，来自加法器24的电压输出Vp(阶段一)穿过开关单元40的开关40-1传递到保持电路44。在阶段一期间开关54连接到电接地(GND)的情况下，电压Vp被提供给串联地提供的电容器46、48。在电容器46、48之间，保持电路44具有到运算放大器60的负输入端子的输出连接56。电容器46接收和保持作为一般恒定的电压值提供到放大器60的电压输出Vp。电容器48经由开关54连接到GND并且在阶段一期间放电。同时，保持电路44的开关72被定位成将接地GND连接到输出连接器76，所述输出连接器76与运算放大器的正输入连接。因此，电容器70在阶段一期间连同电容器48一起放电。
进一步地，如图1中所示，在第一阶段期间，放大器60的输出在电压保持状况中，其中跨电容器50的电压接收和维持来自阶段二的在先完成的输出电压。出于讨论的目的，在等式中忽略放大器增益。
阶段二
如图2中所示，控制器90通过改变开关单元16、40中的所有开关和保持电路44的开关52、54、72的开关状态而切换到第二阶段。更具体地，图2中的输入端子中的九十度漂移图示了采样和保持操作的阶段二，其中开关单元的开关16-1、16-2连接到第一霍尔效应传感器12的端子B、D，并且开关16-3、16-4连接到第二霍尔效应传感器14的端子B、D。偏置电路(未示出)通过改变相应的开关状态来提供从端子D流向端子B的偏置电流。
在阶段二中，运算放大器20提供由以下等式限定的放大器20的正端子上的正输出：V1(阶段二)＝-Vhall1+Voffset1，其中V1是阶段二期间的放大器20的所感测到的电压，并且其中Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是阶段二期间的霍尔效应传感器12的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V1(阶段二)对应于在阶段二期间的磁场强度值和霍尔效应传感器12的偏移误差值。
同时，运算放大器22经由相应开关16-3和16-4从霍尔效应传感器14的端子B和端子D接收电压信号。运算放大器22提供由以下等式限定的放大器22的正端子上的正输出：V2(阶段二)＝-Vhall2+Voffset2，其中V2是阶段二期间的放大器22的所感测到的电压，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是在阶段二期间的霍尔效应传感器14的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V2(阶段二)对应于在阶段二期间的磁场强度值和霍尔效应传感器14的偏移误差值。
此后，当加法器24连接到放大器22的负输出端子时，加法器24将来自放大器20的电压输出V1(阶段二)与来自放大器22的V2(阶段二)负电压输出相加。因此，加法器24提供由以下等式限定的输出信号：Vp(阶段二)＝-(Vhall1-Vhall2)+(Voffset1-Voffset2)。经组合的所感测到的电压Vp(阶段二)对应于磁场强度值和偏移误差值。
同时，当加法器26连接到放大器20的负输出端子时，加法器26将来自放大器22的正电压输出V2(阶段二)与V1(阶段二)的负电压输出相加。因此，加法器26提供由以下等式限定的输出信号：Vn(阶段二)＝(Vhall1-Vhall2)-(Voffset1-Voffset2)。经组合的所感测到的电压Vn(阶段二)对应于磁场强度值和偏移误差值。
在第二阶段期间，电容器50被充电至对应于Voutput＝-(Vp(阶段一)-Vn(阶段一))-(Vn(阶段二)-Vp(阶段二))的值。因此，Voutput＝-4(Vhall1-Vhall2)。该电压值对应于两个霍尔效应传感器12、14的位置之间的磁场强度的差异。更具体地，来自第一阶段和第二阶段的经求和的电压去除磁场偏移误差值以获得对应于霍尔效应传感器12的磁场强度值减霍尔效应传感器14的磁场强度值的经求和的电压。
基本上维持或保持Voutput值以用于霍尔效应传感器电路布置10的随后阶段一循环。因此，如图3中所示，除了在从阶段二切换到采样阶段一时的最小电压转变之外，传感器电路布置10的采样和保持事件的随时间过去的调整是平滑的。
如图3中所示，对应于阶段一的采样时间段和对应于阶段二的时间段每个大约为例如一微秒。因此，控制器90以使在霍尔效应传感器电路布置10的操作期间由电容器放电的电压量最小化的速率来切换霍尔效应传感器电路布置10。
霍尔效应传感器电路布置10包括比较器80，其将放大器60的输出与来自电压参考发生器82的预定电压值进行比较，所述预定电压值对应于针对霍尔效应传感器12、14的霍尔电压之间的差异的期望的磁场值。当由输出放大器60输出的电压差异超过例如2.5伏特的值(如图3中所示)时，比较器80提供具有一伏特的值的输出84，其指示所感测到的磁场超过预定电压值。维持一伏特值直到放大器60的输出62是小于2.5伏特的值，其将比较器输出84设置成零伏特。
在一个实施例中，通过连接到比较器输出84的电路计算霍尔效应传感器12、14的磁场强度之间的差异中的改变以确定遵循邻近或靠近霍尔效应传感器的路径的旋转磁体的运动。因此，确定转轴或具有磁体安装在其上的其他设备的旋转速度值或位置。
第二实施例
图4和5示出针对本发明的另一实施例的霍尔效应传感器电路布置10，所述另一实施例非常类似于图1和2中的实施例。因此，利用相同的参考号码来列出电路元件。图4和5与图1和2的实施例的电路中的仅有差异是运算放大器22。运算放大器22使正输出而不是如图1和2中的负输出连接到加法器24。同样地，放大器22使负输出而不是如图1和2中的正输出连接到加法器26。
由于图4和5中的放大器22的输出的改变，霍尔效应传感器电路布置10以相反方式加和减霍尔电压。获得霍尔效应传感器12、14的霍尔电压之和的计算以基本上与关于图1和2中图示的实施例详细地描述的方式相同的方式来获得。例如，Vp(阶段一)＝(Vhall1+Vhall2)+(Voffset1+Voffset2)，其中Vp表示加法器24输出的经组合的电压。Vn(阶段一)＝-(Vhall1-Vhall2)+(Voffset1-Voffset2)，其中Vn(阶段一)由加法器26输出。Vp(阶段二)和Vn(阶段二)的等式遵循类似的模式。因此，最终结果是霍尔效应传感器的霍尔电压Vhall和Vhall2相加。因此，第二阶段结束处的最终电压是Voutput＝-4(Vhall1+Vhall2)。相应地，Voutput的值对应于两个霍尔效应传感器12、14的磁场强度的加法。更具体地，来自第一阶段和第二阶段的经求和的电压去除磁场偏移误差值以获得对应于霍尔效应传感器12的磁场强度值与霍尔效应传感器14的磁场强度值相加的经求和的电压。
在一些实施例中，将霍尔效应传感器电压的经求和的值与由电压参考发生器82提供给比较器80的参考电压进行比较。参考电压具有用以确定适当的转变的电压值。如在第一实施例中那样，关于预定电压的转变可以提供安装到轴的磁体相对于霍尔效应传感器12、14的旋转速度或其他状况。
第三实施例
图6和7示出针对本发明的另一实施例的霍尔效应传感器电路布置10，其类似于上面的实施例的部分，除了关于偏移补偿而利用单个霍尔效应传感器。由于提供单个霍尔效应传感器，不需要加法器24、26和其他元件。由于布置的类似性，利用相同的参考号码来列出电路元件。在图6中，十字形的霍尔效应传感器12感测磁场的存在/缺乏和强度。霍尔效应传感器12包括连接到其四个臂的端子A-D。开关单元16包括一对开关16-1、16-2，其将霍尔效应传感器12的端子A-D连接到运算放大器20。偏置电路(未示出)连接到端子C-A以提供从端子C流向端子A的偏置电流。运算放大器20包括正和负电压输入，连同正和负电压输出。
输出连接器28、30、32、34将放大器20的相应输出连接到开关单元40。如图6的霍尔效应传感器电路布置中所示，开关单元40包括第一开关40-1，其可选择性地连接到运算放大器20的正输出的输出连接器28或运算放大器20的负输出的输出连接器34。开关单元40包括第二开关40-2，其可选择性地连接到运算放大器20的负输出的输出连接器32或运算放大器的正输出的输出连接器30。
在图6中，开关40-1的输出连接到保持电路44。保持电路44包括电容器46、48、50和开关52、54。如图6中所示，保持电路44的输出连接器56连接到运算输出放大器60的负输入端子，所述负输入端子包括输出连接器或信号线62。进一步地，保持电路44的电连接器64、65连接到信号线62。
图6中示出的保持电路44还包括一对电容器68、70和开关72。在保持电路44内示出的开关74贯穿传感器电路布置10的操作保持在闭合位置中，并且因此不被视为其组件。保持电路44的输出连接器76连接到运算输出放大器60的正输入。在图6中，“G”是接地端子的缩写。
霍尔效应传感器电路布置10包括控制器(未示出)，其被连接到开关单元16、开关单元40、开关52、开关54和开关72。控制器被配置成控制开关单元16、40和开关52、54、72的状态。
图6示出感测阶段一中的霍尔效应传感器电路布置10，其中感测利用处于如示出的状态中的开关单元16、40和开关52、54、72而发生。图7示出感测阶段二中的霍尔效应传感器电路布置10，其中开关单元和开关的状态由控制器改变或切换到如与图6中示出的状态相比相反的状态。图6和7中示出的传感器电路布置10获得差异信号值，所述差异信号值是霍尔效应传感器12的磁场强度中的差异。
操作
图6中示出的霍尔效应传感器电路布置10进行如下操作。运算放大器20经由相应开关16-1和16-2从霍尔效应传感器12的端子A和端子C接收电压信号。运算放大器20提供由以下等式限定的放大器20的正输出端子上的正电压输出：V1(阶段一)＝Vhall1+Voffset1，其中V1是阶段一期间的放大器20的所感测到的电压，并且其中Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是采样阶段一期间的霍尔效应传感器12与放大器20的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V1(阶段一)对应于在阶段一期间的磁场强度值以及霍尔效应传感器12的霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
同时，运算放大器20在负端子上输出具有-V1(阶段一)＝-(Vhall1+Voffset1)的值的负电压输出。
如图6中所示，在阶段一期间，电压输出V1(阶段一)穿过开关单元40的开关40-1传递到保持电路44。在阶段一期间开关54连接到电接地(GND)的情况下，电压V1被提供给串联地提供的电容器46、48。在电容器46、48之间，保持电路44具有到运算放大器60的负输出端子的输出连接56。电容器46接收和保持作为一般恒定的电压值提供到放大器60的电压输出V1。电容器48经由开关54连接到GND并且在阶段一期间放电。同时，保持电路44的开关72被定位成将接地GND连接到输出连接器76，所述输出连接器76与运算放大器的正输入连接。因此，电容器70在阶段一期间连同电容器48一起放电。
进一步地，如图6中所示，在第一阶段期间，放大器60的输出在电压保持状况中，其中跨电容器50的电压接收和维持来自阶段二的在先完成的输出电压。出于讨论的目的，在等式中忽略放大器增益。
阶段二
如图7中所示，控制器(未示出)通过改变保持电路44的开关单元16、40中的开关和保持电路44的开关52、54、72的开关状态而切换到第二阶段。更具体地，图7中的输入端子中的九十度漂移图示了采样和保持操作的阶段二，其中开关单元16的开关16-1、16-2连接到第一霍尔效应传感器12的端子B，D。偏置电路(未示出)通过改变相应的开关状态来提供从端子D流向端子B的偏置电流。
在阶段二中，运算放大器20提供由以下等式限定的放大器20的正输出端子上的正输出：V1(阶段二)＝-Vhall1+Voffset1，其中V1是阶段二期间的放大器20的所感测到的电压，并且其中Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是阶段二期间的霍尔效应传感器12与放大器20的所感测到的电压的电压偏移值。因此，测量到的电压V1(阶段二)对应于在阶段二期间的磁场强度值以及霍尔效应传感器12的霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
在第二阶段期间，电容器50被充电至对应于Voutput＝-(Vp(阶段一)-Vn(阶段一))-(Vn(阶段二)-Vp(阶段二))的值。因此，Voutput＝-4(Vhall1)。该电压值对应于霍尔效应传感器12的开关位置之间的磁场强度的差异。更具体地，来自第一阶段和第二阶段的经求和的电压去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值以获得对应于霍尔效应传感器12的磁场强度值的经求和的电压。
基本上维持或保持Voutput值以用于霍尔效应传感器电路布置10的随后阶段一循环。因此，除了在从阶段二切换到采样阶段一时的最小电压转变之外，传感器电路布置10的采样和保持事件的随时间过去的调整是平滑的。对应于阶段一的采样时间段和对应于阶段二的时间段每个大约为一微秒。因此，控制器以使在霍尔效应传感器电路布置10的操作期间由电容器放电的电压量最小化的速率来切换霍尔效应传感器12。单个霍尔效应传感器电路布置可以用于如上面阐述的各种目的。
虽然公开了上面的三个实施例，但是设想实施例的变化。虽然1微秒的时间段被示出用于霍尔效应传感器电路布置10的采样和保持时段，但是可以利用不同的频率。在一些实施例中，采样和保持操作的频率大于大约200KHz，并且在一个实施例中频率为大约250KHz。
虽然在第一和第二实施例中示出两个霍尔效应传感器12、14，但是设想给霍尔效应传感器电路布置提供附加霍尔效应传感器对。每个霍尔效应传感器12、14的驱动电流连同到端子A-D的开关连接一起切换以提供驱动电流，使得跨没有感测霍尔电压的每个霍尔效应传感器的端子提供驱动电流。
虽然公开了专用集成电路(ASIC)霍尔效应传感器电路布置10，但是在一些实施例中，可以对数字处理器进行编程以执行传感器电路布置的功能。在一些实施例中，处理器将连同其他组件一起替换整个保持电路44。虽然在一个模拟电路布置实施例中，采样基本上在第一阶段的全部内发生，但是在具有数字处理器或其他处理器的实施例中，采样可以在更短的时间段内并且更频繁地发生。进一步地，在其他模拟电路布置实施例中，采样可以仅在第一阶段的部分内发生。
在一些实施例中，向模拟或数字处理器(未示出)提供比较器80的输出84。处理器随时间过去核算或计算比较器80输出/转变到一伏特信号的次数。因此，确定由霍尔效应传感器12、14感测到的轴的旋转速度。处理器响应于所感测到的旋转速度而显示速度和/或控制轴的速度。总线提供处理器与其他设备之间的通信。在其他实施例中，利用用于进一步放大的模拟放大器或者模拟到数字转换器或数字处理器来替换比较器80本身。
在一些实施例中，放大器60可以通过在其负输出与开关72之间添加电容器而具有差分输出。
在一些实施例中，将放大器60的输出64提供给模拟放大器以用于进一步信号放大。在一些其他实施例中，将放大器60的输出64提供给模拟到数字转换器以提供数字输出。将数字输出提供给处理器以用于进一步处理。
在第三个公开的实施例中，示出了单个霍尔效应传感器。在其他实施例中，提供三个或另一奇数数目的霍尔效应传感器。
因此，除了别的之外，本发明还提供了用于感测至少一对霍尔效应传感器的霍尔电压同时从测量到的电压去除偏移电压的方法和设备。因此，获得更准确的霍尔电压值。进一步地，不需要低通滤波器来计及霍尔效应传感器偏移电压。在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。
Claims (30)
1.一种用于利用连接到霍尔效应感测电路的至少一个霍尔效应传感器来感测磁场的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一阶段期间向所述至少一个霍尔效应传感器施加驱动电流；
在第一阶段期间对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段一电压进行采样；
向放大器提供所感测到的阶段一电压；
在第一阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段一电压的正电压输出和所感测到的阶段一电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值；
切换所述至少一个霍尔效应传感器的端子并且向所述至少一个霍尔效应传感器的不同的端子施加驱动电流以开始第二阶段；
在第二阶段期间在所述至少一个霍尔效应传感器的与第一阶段期间不同的端子处对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段二电压进行采样；
向放大器提供所感测到的阶段二电压；
在第二阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段二电压的正电压输出和所感测到的阶段二电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值；以及
对来自第一阶段的正输出和负输出电压与来自第二阶段的正输出和负输出电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个霍尔效应传感器包括至少一对霍尔效应传感器中的第一个，其中经求和的磁场强度值对应于向霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压加霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中经求和的磁场强度值是实际磁场强度值的大约四倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个霍尔效应传感器包括至少一对霍尔效应传感器中的第一个，其中经求和的磁场强度值对应于霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压减霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压。
5.根据权利要求1所述的方法，包括在获得经求和的磁场强度值之后的步骤：
保持对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压以用于下个第一阶段，以及
将霍尔效应传感器的端子切换到对应于第一阶段的端子并且向所述至少一个霍尔效应传感器施加驱动电流以用于重复第一阶段，并且
其中重复第一阶段包括重复以下步骤：
在第一阶段期间对所述至少一个霍尔效应传感器的所感测到的阶段一电压进行采样；
向放大器提供所感测到的阶段一电压；以及
在第一阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段一电压的正电压输出和所感测到的阶段一电压的负电压输出，正电压输出和负电压输出对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中切换霍尔效应传感器的端子包括以大约200000Hz的切换频率切换端子。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一对霍尔效应传感器包括两对或更多对霍尔效应传感器之间的一对，并且其中组合霍尔效应传感器对的经求和的电压。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在第二阶段期间从放大器向保持电路输出所感测到的阶段二电压的正电压输出和所感测到的阶段二电压的负电压输出的步骤包括：
切换正电压输出和负电压输出，使得在第二阶段期间向保持电路的第一输入提供负电压输出，所述第一输入在第一阶段期间接收正电压输出，并且使得在第二阶段期间向保持电路的第二输入提供正电压输出，所述第二输入在第一阶段期间接收负电压输出；并且
其中对来自第一阶段的正输出和负输出电压与来自第二阶段的正输出和负输出电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压的步骤包括：
将来自保持电路的第一输入的电压提供给运算放大器的负输入；
将来自保持电路的第二输入的电压提供给运算放大器的正输入；以及
提供作为运算放大器的输出的对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。
9.一种用于利用连接到霍尔效应感测电路的至少一对霍尔效应传感器来感测磁场的方法，所述方法包括以下步骤：
在第一阶段期间向所述至少一对霍尔效应传感器施加驱动电流；
在第一阶段期间对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样；
在第一阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第一经组合的所感测到的电压；
向保持电路提供第一经组合的所感测到的电压；
切换霍尔效应传感器的端子并且向所述至少一对霍尔效应传感器的不同的端子施加驱动电流以开始第二阶段；
在第二阶段期间在所述至少一对霍尔效应传感器的与第一阶段期间不同的端子处对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样；
在第二阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第二经组合的所感测到的电压；
向保持电路提供第二经组合的所感测到的电压；以及
将来自第一阶段的第一经组合的所感测到的电压与第二阶段期间的第二经组合的所感测到的电压进行求和以去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值和获得对应于经求和的磁场强度值的经求和的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中经求和的磁场强度值对应于向霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压加霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其中经求和的磁场强度值是实际磁场强度值的大约四倍。
12.根据权利要求9所述的方法，其中经求和的磁场强度值对应于霍尔效应传感器对中的第一个的霍尔电压减霍尔效应传感器对中的第二个的霍尔电压。
13.根据权利要求9所述的方法，包括在获得经求和的磁场强度值之后的以下步骤：
保持经组合的所感测到的电压以用于下个第一阶段，以及
切换霍尔效应传感器的端子以对应于第一阶段的端子，并且向所述至少一对霍尔效应传感器施加驱动电流以用于重复第一阶段，并且其中重复第一阶段包括重复以下步骤：
在第一阶段期间对每个霍尔效应传感器的所感测到的电压进行采样，以及
在第一阶段期间组合来自霍尔效应传感器的所感测到的电压以获得对应于磁场强度值和霍尔效应传感器与放大器偏移误差值的第一经组合的电压。
14.根据权利要求9所述的方法，其中切换霍尔效应传感器的端子包括以大约200000Hz的切换频率切换端子。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一对霍尔效应传感器包括两对或更多对霍尔效应传感器之间的一对，并且其中组合霍尔效应传感器对的所感测到的电压。
16.一种霍尔效应感测电路装置，包括：
具有端子的第一和第二霍尔效应传感器；
第一和第二放大器；
第一开关单元，其被配置成将第一霍尔效应传感器的端子选择性地连接到第一放大器的输入，并且第一开关单元被配置成将第二霍尔效应传感器的端子选择性地连接到第二放大器的输入；
第一和第二加法器，其用于从第一和第二放大器接收输出；
第二开关单元，其被配置成将第一加法器的输出连接到保持电路并且可替换地将第二加法器的输出连接到保持电路，其中保持电路包括电容器和开关；
输出放大器，其用于从保持电路和加法器接收电压输入以获得经组合的所感测到的电压；以及
控制器，其被配置成控制第一开关单元和第二开关单元，
其中控制器被配置成：通过周期性地改变第一开关单元和第二开关单元的状态来在第一阶段和第二阶段中操作感测电路装置，以及当在第一阶段和第二阶段之间切换时改变保持电路中的开关的状态，保持电路中的开关的状态的改变与第一开关单元和第二开关单元的状态的改变基本上同时地发生。
17.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中感测电路装置确定来自第一阶段和第二阶段的经组合的所感测到的电压并且去除霍尔效应传感器与放大器偏移误差值，经组合的所感测到的电压包括对应于霍尔效应传感器对的经求和的磁场强度值的经求和的电压。
18.根据权利要求17所述的感测电路装置，其中经求和的磁场强度值对应于向第二霍尔效应传感器的霍尔电压加第一霍尔效应传感器的霍尔电压。
19.根据权利要求17所述的感测电路装置，其中经求和的磁场强度值对应于第一霍尔效应传感器的霍尔电压减第二霍尔效应传感器的霍尔电压。
20.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中第一加法器接收来自第一放大器的正输出和来自第二放大器的负输出，并且其中第二加法器接收来自第二放大器的正输出和来自第一放大器的负输出。
21.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中第一加法器接收来自第一放大器的正输出和来自第二放大器的正输出，并且其中第二加法器接收来自第二放大器的负输出和来自第一放大器的负输出。
22.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中感测电路装置没有低通滤波器或使用具有较高截止频率的低通滤波器。
23.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中第一和第二霍尔效应传感器包括两对或更多对霍尔效应传感器之间的一对，并且其中组合霍尔效应传感器对的所感测到的电压。
24.根据权利要求16所述的感测电路装置，进一步包括比较器，所述比较器具有用于接收参考电压的第一输入和用于接收输出放大器的输出的第二输入。
25.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中第一加法器在第一阶段期间提供Vp(阶段一) = (Vhall1 - Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2)的第一加法器电压输出，其中Vp(阶段一)表示第一加法器的经相加的电压输出，Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是第一阶段期间的第一霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是第一阶段期间的第二霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值。
26.根据权利要求25所述的感测电路装置，其中第二加法器在第一阶段期间提供Vn(阶段一) = - (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2)的第二加法器电压输出，其中Vn表示第二加法器的经相加的电压输出，并且Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是第一阶段期间的第一霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是第一阶段期间的第二霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值。
27.根据权利要求26所述的感测电路装置，其中第一加法器在第二阶段期间提供Vp(阶段二) = -(Vhall1 – Vhall2) + (Voffset1 - Voffset2)的第一加法器电压输出，其中Vp(阶段二)表示第二阶段期间的第一加法器的经相加的电压输出，Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是第二阶段期间的第一霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是第二阶段期间的第二霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值。
28.根据权利要求27所述的感测电路装置，其中第二加法器在第二阶段期间提供Vn(阶段二) = (Vhall1 - Vhall2) - (Voffset1 - Voffset2)的第二加法器电压输出，其中Vn(阶段二)表示第二阶段期间的第二加法器的经相加的电压输出，Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是第二阶段期间的第一霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是第二阶段期间的第二霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值。
29.根据权利要求28所述的感测电路装置，其中在第二阶段期间，保持电路被充电至对应于Voutput = - (Vp(阶段一) - Vn(阶段一)) – (Vn(阶段二) - Vp(阶段二))的值。
30.根据权利要求16所述的感测电路装置，其中第一加法器在第一阶段期间提供Vp(阶段一) = (Vhall1 + Vhall2) + (Voffset1 + Voffset2)的加法器电压输出，其中Vp(阶段一)表示第一加法器的经相加的电压输出，Vhall1是霍尔电压值，并且Voffset1是第一阶段期间的第一霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值，并且其中Vhall2是霍尔电压值，并且Voffset2是第一阶段期间的第二霍尔效应传感器的所感测到的电压的电压偏移值。
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