CN111175676A

CN111175676A - 低压传感器系统及其失调消除方法

Info

Publication number: CN111175676A
Application number: CN202010076063.0A
Authority: CN
Inventors: 褚云飞; 胡铁刚
Original assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Silan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2020-01-23
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明公开了一种低压传感器系统及其失调消除方法，该低压传感器系统包括：霍尔器件，用于检测外部磁场信号并将其转换为霍尔电压信号；失调消除电路，用于消除霍尔电压信号中的失调电压输出调制信号；比较模块，将调制信号与参考电压信号进行比较；数字处理模块，根据比较结果输出控制信号；输出驱动模块，根据控制信号输出驱动信号，其中，失调消除电路包括：消除自身产生的失调电压并生成放大信号的放大单元；消除放大信号中霍尔器件本身的失调电压输出调制信号的采样保持单元；以及时序控制单元。由此保证系统电路在宽电压范围内的正常工作，且在低压下减小甚至消除电路中出现因失调引起的饱和情况，同时降低了成本。

Description

低压传感器系统及其失调消除方法

技术领域

本发明涉及霍尔开关领域，具体涉及一种低压传感器系统及其失调消除方法。

背景技术

CMOS集成霍尔传感器由于具有成本低、功耗低、集成度高以及抗干扰能力强等众多优点，已经广泛应用于工业控制、汽车、智能仪器仪表和消费电子等领域，实现对磁场的探测。然而CMOS霍尔传感器产生的霍尔电压非常微弱，而系统中又存在较大的失调电压和闪烁噪声，用于消除失调和噪声的信号处理电路的设计显得十分关键。

霍尔传感器中的失调主要来源于两方面：霍尔盘的失调电压、信号处理电路的失调电压。和霍尔盘微弱的输出电压相比，霍尔盘的失调电压显得很大，很轻易就可以将霍尔电压淹没，如果要准确地识别霍尔电压，必须采取有效的措施消除霍尔盘的失调电压。

在传感器系统中，如果系统工作电压偏低，被放大的直流失调可以轻易地使电路饱和，完全阻断了有用的交流信号，导致霍尔系统功能异常；目前霍尔系统的失调消除方法一般采用如下两种：一是旋转电流法结合采样保持电路；二是斩波技术结合ADC数字反馈失调补偿方法。旋转电流法是利用一只或多只霍尔盘并且周期性的改变供电电压和输出节点方向的方法，结合采样保持电路，消除霍尔系统的失调。但是在系统中，由于前级失调电压会被放大，在低压工作状态下，容易造成运放输出饱和，因此这种结构只适用于电压偏高，且系统增益不是很高的情况。ADC环路补偿消除失调的方法可以很好的消除失调，但其结构复杂，不适应于低成本的消费类产品上。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低压传感器系统及其失调消除方法，可以在系统处于低工作电压情况下，有效地消除系统中的失调电压和噪声。

一方面本发明提供了一种低压传感器系统，其包括：

霍尔器件，检测外部磁场信号并将所述磁场信号转换为霍尔电压信号；

失调消除电路，用于消除所述霍尔电压信号中的失调电压并输出调制信号；

比较模块，与所述失调消除电路连接，将所述调制信号与参考电压信号进行比较；

数字处理模块，与所述比较模块连接，根据所述比较模块的比较结果输出控制信号；以及

输出驱动模块，与所述数字处理模块连接，根据所述控制信号输出驱动信号，

其中，所述失调消除电路包括：

放大单元，与所述霍尔器件连接，用于消除所述放大单元自身产生的失调电压并生成放大信号；

采样保持单元，与所述放大单元连接，用于消除所述放大信号中所述霍尔器件本身的失调电压并进行采样保持，输出所述调制信号；

时序控制单元，与所述霍尔器件、放大单元和所述采样保持单元连接，提供多个时钟信号。

优选地，所述放大单元包括：

第一级放大器单元，与所述霍尔器件连接，用于消除所述第一级放大器单元产生的失调电压并生成放大信号。

优选地，所述第一级放大器单元包括：第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，

所述第一放大器和第二放大器的正相输入端分别连接所述霍尔器件的输出端，所述第一放大器和第二放大器的负相输入端之间接有第三电阻，所述第一电阻连接于所述第一放大器的负相输入端和输出端之间，所述第二电阻连接于所述第二放大器的负相输入端和输出端之间。

优选地，所述放大单元还包括：

第二级放大器单元，与所述第一级放大器单元和所述采样保持单元连接，用于实现对所述放大信号的增益放大。

优选地，所述第二级放大器单元包括：第三放大器、第四放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻，

其中，所述第三放大器和第四放大器的正相输入端分别连接所述第一放大器和第二放大器的输出端，所述第一放大器和第二放大器的负相输入端之间接有第六电阻，所述第四电阻连接于所述第三放大器的负相输入端和输出端之间，所述第五电阻连接于所述第四放大器的负相输入端和输出端之间，

所述第三放大器和第四放大器的输出端连接所述采样保持单元，输出放大后的所述放大信号。

优选地，所述放大单元还包括：

第一电容，连接在所述第一放大器输出端和第三放大器的正相输入端之间；

第二电容，连接在所述第二放大器输出端和第四放大器的正相输入端之间。

优选地，所述放大单元还包括第一开关至第四开关；

其中，所述第一开关和第二开关串联连接在所述第一放大器和所述第二放大器的正相输入端之间，由所述第一时钟信号控制，所述第一开关和第二开关的中间节点接收预设电压；

所述第三开关和第四开关串联连接在所述第三放大器的正相输入端和所述第四放大器的正相输入端之间，由所述第二时钟信号控制，所述第三开关和所述第四开关的中间节点接收共模输入信号。

优选地，所述比较模块的正相输入端接收所述参考电压信号，负相输入端连接所述采样保持单元，将所述调制信号与所述参考电压信号进行比较，输出控制信号。

优选地，所述多个时钟信号包括：第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号，

其中，所述时序控制单元向所述霍尔器件提供第三时钟信号和第四时钟信号，向所述放大单元提供第一时钟信号和第二时钟信号，向所述采样保持单元提供第三时钟信号、第四时钟信号以及第五时钟信号。

优选地，在所述第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，所述第一时钟信号和第二时钟信号为高电平时，获得所述第一级放大器单元产生的失调电压并将其存储在所述第一电容和所述第二电容中。

优选地，在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，第三时钟信号为高电平时，所述霍尔器件输出第一霍尔电压信号，

所述第一级放大器单元将自身产生的失调电压和所述第一霍尔电压信号输出，与存储在所述第一电容和所述第二电容中的所述失调电压相互抵消，生成第一放大信号并输出到所述采样保持单元。

优选地，在所述第二时钟信号为低电平，第一时钟信号为高电平时，所述第一级放大器单元为短路状态。

优选地，在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第五时钟信号为低电平，第四时钟信号为高电平时，所述霍尔器件输出第二霍尔电压信号，

所述第一级放大器单元将自身产生的失调电压和所述第二霍尔电压信号输出，与存储在所述第一电容和所述第二电容中的所述失调电压相互抵消，生成第二放大信号，并输出到所述采样保持单元，

其中，所述第二霍尔电压信号与所述第一霍尔电压信号极性相反。

优选地，在所述第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号为低电平，第一时钟信号和第五时钟信号为高电平时，所述采样保持单元将所述第一放大信号和所述第二放大信号进行相减处理，消除所述霍尔器件本身的失调电压生成所述调制信号并将其输出到比较模块。

优选地，所述数字处理模块还与所述时序控制单元连接，用于控制所述时序控制单元周期性输出第一时钟信号至第五时钟信号。

优选地，所述数字处理模块包括锁存器，所述锁存器连接所述比较模块的输出端，用于锁存所述比较模块的比较结果。

优选地，所述第一放大器和所述第二放大器的放大增益值相同，且所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同。

优选地，所述第三放大器和所述第四放大器的放大增益值相同，且所述第四电阻和所述第五电阻的阻值相同，所述第一电容和所述第二电容的容值相同。

优选地，所述第一级放大器单元和/或所述第二级放大器单元为仪表放大器单元。

优选地，所述放大单元至少还包括第三级放大器单元，所述第三级放大器单元连接于所述第二级放大器单元和所述采样保持单元之间。

另一方面本发明提供了一种低压传感器系统的失调消除方法，所述低压传感器系统包括霍尔器件和失调消除电路，所述失调消除方法包括：

存储所述失调消除电路产生的失调电压；

检测外部磁场信号并将所述磁场信号转换为霍尔电压信号；

消除所述霍尔电压信号中所述失调消除电路产生的失调电压并生成放大信号；

消除所述放大信号中霍尔器件本身的失调电压并进行采样保持，输出调制信号；

根据所述调制信号生成驱动信号。

优选地，所述根据所述调制信号生成驱动信号的步骤包括：

将所述调制信号与参考电压信号进行比较，输出比较结果；

根据所述比较结果生成控制信号；

根据所述控制信号生成驱动信号。

优选地，所述失调消除方法还包括：

提供多个时钟信号，所述多个时钟信号至少包括：第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号。

优选地，所述检测外部磁场信号并将所述磁场信号转换为霍尔电压信号的步骤前还包括：

在所述第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，所述第一时钟信号和第二时钟信号为高电平时，获得所述低压传感器系统产生的失调电压并存储。

优选地，所述消除所述霍尔电压信号中所述低压传感器系统产生的失调电压并生成放大信号的步骤包括：

在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，第三时钟信号为高电平时，获得第一霍尔电压信号；

将所述低压传感器系统产生的失调电压和所述第一霍尔电压信号输出，与存储的所述失调电压相互抵消，生成第一放大信号并输出。

优选地，所述消除所述霍尔电压信号中所述低压传感器系统产生的失调电压并生成放大信号的步骤还包括：

在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第五时钟信号为低电平，第四时钟信号为高电平时，获得第二霍尔电压信号；

将所述低压传感器系统产生的失调电压和所述第二霍尔电压信号输出，与存储的所述失调电压相互抵消，生成第二放大信号并输出，

优选地，所述消除所述放大信号中霍尔器件本身的失调电压并进行采样保持，输出调制信号的步骤包括：

在所述第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号为低电平，第一时钟信号和第五时钟信号为高电平时，对放大后的所述第一放大信号和第二放大信号进行相减处理，消除所述霍尔器件本身的失调电压生成所述调制信号并输出。

优选地，所述控制信号还用于控制所述第一时钟信号至第五时钟信号的周期性的输出。

优选地，所述根据所述比较结果生成控制信号的步骤包括：

将所述调制信号与参考电压信号的比较结果锁存。

本发明的有益效果是：本发明利用时序控制信号，在霍尔器件不工作的时候，第一级放大器单元将自身产生的失调电压存储在电容上，当霍尔器件工作时，第一级放大器单元再将运放失调电压跟存储在电容上的运放失调电压中和来消除自身产生的失调电压，同时通过采样保持单元消除霍尔器件本身的失调电压，使系统在低压下能够有效地消除失调信号，且不会引起失调信号的饱和，保证系统的功能正常的同时能提高传感器系统的精度。

本发明中解决低压传感器系统中的失调电压主要是在霍尔器件之后的第一级放大器单元实现的，区别于现有技术中在放大单元的后端处理。

本发明提出的低压传感器系统适用于低电压的工作状态，对于常规的解决失调信号不限定工作电压的系统，其在高工作电压下失调信号很容易引起饱和，不利于失调信号的消除。

本发明提出的低压传感器系统把系统增益分多级运放实现，主要是为防止因系统增益过大，而导致在低压时第一级运放本身失调引起的饱和问题；多级运放中的第一级运放的作用是消除失调，后面的运放则主要实现增益放大的作用。

同时系统结构简单，能有效地降低成本，提高产品的竞争能力。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明实施例提供的低压传感器系统的电路框图；

图2示出图1中低压传感器系统的结构示意图；

图3示出本发明实施例提供的失调消除方法的流程图；

图4示出图1中时序控制单元的时序工作图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图1和图2示出根据本发明实施例提供的低压传感器系统的电路框图和电路结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种低压传感器系统100，包括霍尔器件10、失调消除电路20、比较模块30、数字处理模块40、以及输出驱动模块50，其中，霍尔器件10用于检测外部磁场信号将磁场信号转换为霍尔电压信号(带有失调电压)后输出，失调消除电路20用于消除该霍尔电压信号中的失调电压并输出调制信号Vo，比较模块30与失调消除电路20连接，将该调制信号Vo与参考电压信号Vref进行比较，数字处理模块40与比较模块30连接，根据比较模块30的比较结果输出控制信号，输出驱动模块50与数字处理模块40连接，根据该控制信号输出驱动信号Vout。

该失调消除电路20包括：放大单元21、采样保持单元22和时序控制单元23，其中，放大单元21与霍尔器件10连接，用于消除放大单元21自身产生的失调电压并生成放大信号，采样保持单元22与放大单元21连接，用于消除该放大信号中霍尔器件10本身的失调电压并进行采样保持，输出该调制信号Vo，时序控制单元23与霍尔器件10、放大单元21和采样保持单元22连接，用于提供多个时钟信号，其中，带有失调电压的霍尔电压信号即为与霍尔器件10连接的放大单元21的输入电压VIN。

在本实施例中，时序控制单元23与霍尔器件10、放大单元21和采样保持单元22连接，用于向其提供第一时钟信号CLK1、第二时钟信号CLK2、第三时钟信号CLK3、第四时钟信号CLK4和第五时钟信号CLK5，具体的，时序控制单元23向霍尔器件10提供第三时钟信号CLK3和第四时钟信号CLK4，向放大单元21提供第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2，向采样保持单元22提供第三时钟信号CLK3、第四时钟信号CLK4和第五时钟信号CLK5；

霍尔器件10用于检测外部磁场信号并在第三时钟信号CLK3和第四时钟信号CLK4的控制下，将磁场信号转换为霍尔电压信号(带有失调电压)后输出。

放大单元21与霍尔器件10和时序控制单元23连接，在第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2的控制下，消除霍尔电压信号中放大单元21产生的失调电压，并生成放大信号。

采样保持单元22与放大单元21和时序控制单元23连接，在第三时钟信号CLK3、第四时钟信号CLK4和第五时钟信号CLK5的控制下，经过对放大信号进行采样保持，消除该放大信号中霍尔器件10本身的失调电压，输出调制信号Vo。

比较模块30将该调制信号与参考电压信号Vref进行比较，数字处理模块40根据该比较结果输出控制信号，而输出驱动模块50则根据该控制信号输出驱动信号Vout，实现磁场信号的增益和输出。

进一步的，数字处理模块40还与时序控制单元23连接，用于控制时序控制单元周期性输出第一时钟信号CLK1至第五时钟信号CLK5，其中，第一时钟信号CLK1至第五时钟信号CLK5的输出周期例如可为几秒到十数秒，在本实施例中不做限制，可依实际需求进行调整设定。

进一步的，放大单元21包括：第一级放大器单元IA1，连接霍尔器件10，其中，第一级放大器单元IA1包括：第一放大器OTA1、第二放大器OTA2、第一电阻R11、第二电阻R12和第三电阻R13，第一放大器OTA1的正相输入端和第二放大器OTA2的正相入端分别连接霍尔器件10的输出端，第一放大器OTA1的负相输入端和第二放大器OTA2的负相输入端之间接有第三电阻R13，第一电阻R11连接于第一放大器OTA1的负相输入端和输出端之间，第二电阻R12连接于第二放大器OTA2的负相输入端和输出端之间。

进一步的，放大单元21还包括：第二级放大器单元IA2，连接于第一级放大器单元IA1和采样保持单元22之间，第二级放大器单元IA2包括：第三放大器OTA3、第四放大器OTA4、第四电阻R21、第五电阻R22和第六电阻R23，第三放大器OTA3的正相输入端连接第一放大器OTA1的输出端，第四放大器OTA4的正相输入端连接第二放大器OTA2的输出端，第三放大器OTA3的负相输入端和第四放大器OTA4的负相输入端之间接有第六电阻R23，第四电阻R21连接于第三放大器OTA3的负相输入端和输出端之间，第五电阻R22连接于第四放大器OTA4的负相输入端和输出端之间，其中，第三放大器OTA3和第四放大器OTA4的输出端均连接采样保持单元22，输出上述放大信号。

进一步的，放大单元21还包括：第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1连接在第一放大器OTA1的输出端和第三放大器OTA3的正相输入端之间，第二电容C2连接在第二放大器OTA2的输出端和第四放大器OTA4的正相输入端之间。

进一步的，放大单元21还包括：串联连接在第一放大器OTA1正相输入端和第二放大器OTA2的正相输入端之间的第一开关K1和第二开关K2，以及串联连接第三放大器OTA3正相输入端和第四放大器OTA4的正相输入端之间的第三开关K3和第四开关K4，其中，第一开关K1和第二开关K2由第一时钟信号CLK1控制，第一开关K1和第二开关K2的中间节点连接特定电压VDD/2，第三开关K3和第四开关K4由第二时钟信号CLK2控制，第三开关K3和第四开关K4的中间节点连接共模输入信号VCM，其中，特定电压VDD/2和共模输入信号VCM可根据实际要求设计。

进一步的，采样保持单元22包括：第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9、第十开关K10、第十一开关K11、第十二开关K12，以及第三电容C3和第四电容C4，其中，第五开关K5和第六开关K6串联连接于第三放大器OTA3的输出端和比较模块30负相输入端之间，第七开关K7和第八开关K8串联连接于第四放大器OTA4输出端和特定电压VDD/2连接端口之间，第九开关K9和第十开关K10串联连接于第四放大器OTA4输出端和比较模块30负相输入端之间，第十一开关K11和第十二开关K12串联连接于第三放大器OTA3输出端和特定电压VDD/2连接端口之间，而第三电容C3连接在第五开关K5和第六开关K6的中间连接节点与第七开关K7和第八开关K8的中间连接节点之间，第四电容C4连接在第九开关K9和第十开关K10的中间连接节点与第十一开关K11和第十二开关K12的中间连接节点之间。

进一步的，第五开关K5和第七开关K7由第三时钟信号CLK3控制，第九开关K9和第十一开关K11由第四时钟信号CLK4控制，第六开关K6、第八开关K8、第十开关K10和第十二开关K12由第五时钟信号CLK5控制，用以控制完成采样保持单元22消除放大信号中霍尔器件10本身的失调电压，输出调制信号Vo。

在本实施例中，放大单元21包括两级放大器单元IA1和IA2，其中正相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；差分输入可以使电路只对差模信号放大，而对共模输入信号VCM只起跟随作用，提高放大单元中的共模抑制比(CMRR)。这样在放大单元21中，在CMRR要求不变情况下，可明显降低对第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第四电阻R21、第五电阻R22和第六电阻R23的精度匹配的要求，从而使放大单元21具有更好的共模抑制能力。其中，第一放大器OTA1和第二放大器OTA2的放大增益值相同，第一电阻R11和第二电阻R12的阻值相同。第三放大器OTA3和第四放大器OTA4的放大增益值相同，第四电阻R21和第五电阻R22的阻值相同，第一电容C1和第二电容C2的容值相同。

在此需要说明的是，本发明中解决系统中失调电压的方法主要是在霍尔器件之后的第一级放大器单元实现的，区别于现有技术的方法中在放大单元的后端消除失调电压的处理。

此外，本实施例中放大单元21包括但不限于两级放大器单元，把系统增益分两级实现主要是为了防止系统增益过大，在低工作电压时第一级放大器单元本身失调引起的饱和问题，分三级或更多级实现也是可行的，运放的失调电压消除通过第一级放大器单元及其连接的输出电容来实现，后面的放大器单元通过合理的增益设计来实现增益放大的作用，对于失调信号消除不起作用。

在本实施例中，比较模块30的正相输入端接收参考电压信号Vref，正相输入端连接采样保持单元22，将调制信号与参考电压信号Vref进行比较，进一步的，数字处理模块40为逻辑数字处理模块，对上述比较结果逻辑处理，生成控制信号输出到输出驱动模块50。进一步的，数字处理模块40包括有锁存器(未示出)，其连接比较模块30的输出端，用于锁存比较模块30的比较结果。

进一步的，上述第一级放大器单元IA1和第二级放大器单元IA2为仪表放大器单元。

进一步的，在第一时钟信号CLK1为高电平，第二时钟信号CLK2为低电平时，第一级放大器单元IA1为短路状态。

在本发明提供的实施例中，霍尔器件10未工作时。低压传感器系统100在第二时钟信号CLK2为高电平时，将表征第一级放大器单元IA1的失调电压Vos的失调电荷储存在第一放大器OTA1输出端的第一电容C1和第二放大器OTA2输出端的第二电容C2中；在第三时钟信号CLK3和第四时钟信号CLK4的控制下时，霍尔器件10采用了旋转电流法输出霍尔电压信号，调制之后，一个周期性转换极性而大小不变的霍尔电压信号和第一级放大器单元IA1的失调电压Vos一起进行放大；此时，霍尔器件10本身的失调电压Vos1极性和大小均保持不变，包含霍尔器件10的失调电压Vos1和第一级放大器单元IA1的失调电压Vos的霍尔电压信号进入失调消除电路20，第一级放大器单元IA1的失调电压Vos和之前存在第一电容C1和第二电容C2上的失调电压相减，第一级放大器单元IA1的失调消除；低压传感器系统100在第五时钟信号CLK5为高电平时，霍尔电压信号和霍尔器件10的失调电压Vos1在采样保持单元22中通过加减处理，得到调制信号Vo，最后调制信号Vo(即失调消除后的霍尔电压信号)和参考电压信号Vref比较，输出比较结果。

本发明提出的低压传感器系统可适用于工作在低工作电压下，常规的解决失调信号不限定工作电压的电路系统，其在高工作电压下失调信号很容易引起饱和，不利于失调信号的消除，本申请能够有效地消除失调信号，且不会引起失调信号的饱和，能够提高传感器系统的精度。

图3示出本发明实施例提供的失调消除方法的流程图，如图3所示，本发明实施例提供的低压传感器系统的失调消除方法包括：

步骤S110：存储放大单元产生的失调信号；

步骤S120：检测外部磁场信号并将磁场信号转换为霍尔电压信号；在步骤S120中，消除了霍尔电压信号中放大单元产生的失调电压并生成放大信号；

步骤S130：通过采样保持单元，消除放大信号中霍尔器件本身的失调电压，输出调制信号；

步骤S140：将调制信号与参考电压信号进行比较，输出比较结果；

步骤S150：根据比较结果生成控制信号；

步骤S160：根据控制信号生成驱动信号。

为了避免第一级放大器单元IA1的失调和霍尔器件10本身的失调在低工作电压时引起系统的饱和，在本发明提供的实施例中通过两级放大增益来实现，第一级放大器单元IA1的增益为A1，第二级放大器单元IA2的增益为A2，则系统的总增益为A1*A2，这样，在第一级放大器单元IA1中，利用上述方法消除第一级放大器单元IA1的失调。

放大单元21包括第一级放大器单元IA1和第二级放大器单元IA2，第一级放大器单元IA1包括第一放大器OTA1和第二放大器OTA2，以及一对比例电阻R11和R13；第二级放大器单元IA2包括第三放大器OTA3和第四放大器OTA4，以及一对比例电阻R21和R23，其中的两级放大器单元IA1和IA2的增益分别为：

A1＝(2R13/R11+1)； (1)

A2＝(2R23/R21+1)； (2)

为了消除在低压时因为第一级放大器单元IA1和霍尔器件10的失调带来的饱和效应，霍尔器件10采用旋转电流法和自调零技术相结合，一般的，旋转电流法的工作原理为霍尔器件10通过周期性地互换霍尔盘的四个接触端的连接方式，经过每一组时钟之后，直流的霍尔信号被调制成周期性翻转极性但幅度不变的信号，而失调电压则保持极性和幅度不变。

图4示出图1中时序数字处理模块的时序工作图。

下面结合图2～图4，对本发明实施例提供的低压传感器系统的失调消除方法进一步详细说明。

具体的，失调电压的消除过程如下：

在T1时刻，霍尔器件10处于休眠状态；在第二时钟信号CLK2为高电平时，第一开关K1和第二开关K2闭合导通，且第三开关K3和第四开关K4闭合导通，此时第一时钟信号CLK1为高电平状态，采用运放输出失调消除方法，将第一级放大器单元IA1的失调电压Vos储存在连接第一级放大器单元IA1输出端的第一电容C1和第二电容C2中，以此实现了霍尔器件10的自动调零，第一电容C1和第二电容C2存储的失调电荷均为：

Qoff＝Vos*A1*C1； (3)

在T2时刻，霍尔器件10切换为工作状态，霍尔器件10由时序控制单元23提供的第三时钟信号CLK3和第四时钟信号CLK4控制，此时第三时钟信号CLK3转为高电平，第一开关K1和第二开关K2打开，且第三开关K3和第四开关K4打开，霍尔器件10的输出电压为Vsig+Vos1，其中，Vsig为没有失调电压的霍尔电压信号，Vos1为霍尔器件本身的失调电压，那么第一级放大器单元IA1的输入电压为：

VIN1＝Vsig+Vos1+Vos； (4)

其中，VIN1表示在CLK3控制下，第一级放大器单元IA1的输入电压；Vos1为霍尔器件的失调电压，Vos为第一级放大器单元IA1的失调电压，输入电压VIN1经第一级放大器单元IA1放大后,保存在输出端的第一电容C1和第二电容C2上，此时电容上的电荷为：

Q2＝Q1＝A1*VIN1*C1； (5)

结合公式(4)得到：

Q1＝A1*(Vsig+Vos1+Vos)*C1 (6)

那么跟之前存储的失调电荷相消后，第一级放大器单元IA1的失调电压Vos第一次被消除，结合公式(3)得到第一级放大器单元IA1的输出为：

VOUT1*C1＝Q1-Qoff＝A1*(Vsig+Vos1)*C1 (7)

公式(7)中，VOUT1表示CLK3控制下，信号经第一级放大器单元IA1放大后的输出信号；之后经第二级放大器单元IA2放大后，保存在采样保持单元22中的电容C3中；

在T3时刻，第一时钟信号CLK1为高电平状态，第一开关K1和第二开关K2闭合导通，且第三开关K3和第四开关K4打开，第一级放大器单元IA1短路，可防止第一级放大器单元IA1中的第一放大器OTA1和第二放大器OTA2输出在旋转电流法时，相位转换引起电压突变，如电容C1的尖峰脉冲；

在T4时刻，第四时钟信号CLK4为高电平，霍尔器件10的输出信号切换方向，此时霍尔器件10的输出电压为(-Vsig+Vos1)，则IA1的输入电压为：

VIN2＝-Vsig+Vos1+Vos (8)

公式(8)中VIN2表示CLK4控制下，第一级放大器单元IA1的输入电压；第一级放大器单元IA1的输入电压VIN2与公式(4)中的输入电压VIN1极性相反，霍尔器件10正常工作的输入电压经过第一级放大器单元IA1放大后为A1*VIN2，与连接在第一级放大器单元IA1输出端的电容上保存的电荷值相抵消后，结合公式(8)，其输出值为：

VOUT2*C1＝A1*VIN2*C1-A1*C1*Vos

＝A1*(-Vsig+Vos1)*C1 (9)

至此，第一级放大器单元IA1的失调电压Vos消除；

公式(9)中，VOUT2表示在CLK4控制下，经放大单元21放大后的输出信号；VOUT2经IA2电路放大后，保存在采样保持单元22的电容C4中；

在T5时刻，在采样保持单元22中，电容C3中的电荷和电容C4中的电荷进行相减，霍尔器件10本身的失调电压Vos1被消除，输出为(调制信号Vo)2A1*A2*Vsig，其中，电容C3和电容C4的大小相同；最后，调制信号Vo和参考电压信号比较，比较结果经数字处理模块40逻辑控制处理成控制信号传递到输出驱动模块50。

此系统工作过程中，霍尔电压信号经过放大单元21消除失调消除电路20的失调电压(即第一级放大器单元IA1的失调电压)Vos后放大处理，再经过采样保持单元22，消除由于温度、工艺、机械应力等造成霍尔器件的失调电压Vos1，然后在比较模块30中，将调制信号Vo(即处理后的霍尔电压信号)与设定的参考电压信号Vref进行比较，根据比较结果决定输出驱动模块50是否改变状态，并将输出用锁存器锁住，使霍尔器件的输出在休眠状态下可以保持原状态，使系统在低压下仍能保持正常工作。

其中，第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2的时钟宽度与失调消除电路中输出信号VOUT1和VOUT2的失调消除工作时间相关，且满足各仪表放大器电路的建立时间；第三时钟信号CLK3和第四时钟信号CLK4的时钟宽度由霍尔器件10处理外部磁场信号的时间决定，第五时钟信号CLK5与比较模块30的建立时间相关，且比较模块30的建立时间远大于比较模块30的建立时间。

应当说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种低压传感器系统，其特征在于，包括：

其中，所述失调消除电路包括：

2.根据权利要求1所述的低压传感器系统，其特征在于，所述放大单元包括：

3.根据权利要求2所述的低压传感器系统，其特征在于，所述第一级放大器单元包括：第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻，

4.根据权利要求2所述的低压传感器系统，其特征在于，所述放大单元还包括：

5.根据权利要求4所述的低压传感器系统，其特征在于，所述第二级放大器单元包括：第三放大器、第四放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻，

6.根据权利要求5所述的低压传感器系统，其特征在于，所述放大单元还包括：

7.根据权利要求6所述的低压传感器系统，其特征在于，所述放大单元还包括第一开关至第四开关；

8.根据权利要求1所述的低压传感器系统，其特征在于，所述比较模块的正相输入端接收所述参考电压信号，负相输入端连接所述采样保持单元，将所述调制信号与所述参考电压信号进行比较，输出控制信号。

9.根据权利要求6所述的低压传感器系统，其特征在于，所述多个时钟信号包括：第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号，

10.根据权利要求9所述的低压传感器系统，其特征在于，在所述第三时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，所述第一时钟信号和第二时钟信号为高电平时，获得所述第一级放大器单元产生的失调电压并将其存储在所述第一电容和所述第二电容中。

11.根据权利要求9所述的低压传感器系统，其特征在于，在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第四时钟信号和第五时钟信号为低电平，第三时钟信号为高电平时，所述霍尔器件输出第一霍尔电压信号，

12.根据权利要求9所述的低压传感器系统，其特征在于，在所述第二时钟信号为低电平，第一时钟信号为高电平时，所述第一级放大器单元为短路状态。

13.根据权利要求11所述的低压传感器系统，其特征在于，在所述第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第五时钟信号为低电平，第四时钟信号为高电平时，所述霍尔器件输出第二霍尔电压信号，

14.根据权利要求13所述的低压传感器系统，其特征在于，在所述第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号为低电平，第一时钟信号和第五时钟信号为高电平时，所述采样保持单元将所述第一放大信号和所述第二放大信号进行相减处理，消除所述霍尔器件本身的失调电压生成所述调制信号并将其输出到比较模块。

15.根据权利要求1所述的低压传感器系统，其特征在于，所述数字处理模块还与所述时序控制单元连接，用于控制所述时序控制单元周期性输出第一时钟信号至第五时钟信号。

16.根据权利要求1所述的低压传感器系统，其特征在于，所述数字处理模块包括锁存器，所述锁存器连接所述比较模块的输出端，用于锁存所述比较模块的比较结果。

17.根据权利要求3所述的低压传感器系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器的放大增益值相同，且所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同。

18.根据权利要求6所述的低压传感器系统，其特征在于，所述第三放大器和所述第四放大器的放大增益值相同，且所述第四电阻和所述第五电阻的阻值相同，所述第一电容和所述第二电容的容值相同。

19.根据权利要求1所述的低压传感器系统，其特征在于，所述第一级放大器单元和/或所述第二级放大器单元为仪表放大器单元。

20.根据权利要求4所述的低压传感器系统，其特征在于，所述放大单元至少还包括第三级放大器单元，所述第三级放大器单元连接于所述第二级放大器单元和所述采样保持单元之间。

21.一种低压传感器系统的失调消除方法，所述低压传感器系统包括霍尔器件和失调消除电路，其特征在于，包括：

存储所述失调消除电路产生的失调电压；

检测外部磁场信号并将所述磁场信号转换为霍尔电压信号；

根据所述调制信号生成驱动信号。

22.根据权利要求21所述的失调消除方法，其特征在于，所述根据所述调制信号生成驱动信号的步骤包括：

将所述调制信号与参考电压信号进行比较，输出比较结果；

根据所述比较结果生成控制信号；

根据所述控制信号生成驱动信号。

23.根据权利要求21所述的失调消除方法，其特征在于，还包括：

24.根据权利要求23所述的失调消除方法，其特征在于，所述检测外部磁场信号并将所述磁场信号转换为霍尔电压信号的步骤前还包括：

25.根据权利要求24所述的失调消除方法，其特征在于，所述消除所述霍尔电压信号中所述低压传感器系统产生的失调电压并生成放大信号的步骤包括：

26.根据权利要求25所述的失调消除方法，其特征在于，所述消除所述霍尔电压信号中所述低压传感器系统产生的失调电压并生成放大信号的步骤还包括：

27.根据权利要求26所述的失调消除方法，其特征在于，所述消除所述放大信号中霍尔器件本身的失调电压并进行采样保持，输出调制信号的步骤包括：

28.根据权利要求23所述的失调消除方法，其特征在于，所述控制信号还用于控制所述第一时钟信号至第五时钟信号的周期性的输出。

29.根据权利要求22所述的失调消除方法，其特征在于，所述根据所述比较结果生成控制信号的步骤包括：

将所述调制信号与参考电压信号的比较结果锁存。