CN113884955A - 一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路及霍尔芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，包括：霍尔盘，其输出感应信号；感应电压放大器，其与所述霍尔盘连接，接收所述感应信号并将所述感应信号放大后输出；感应电压比较器，所述感应电压比较器将所述放大后的感应信号与所述感应基准电压进行比较后输出比较结果信号；输出控制电路，其根据所述比较结果信号输出输出信号；基准电压调整电路，所述基准电压调整电路从所述输出控制电路的输出端接收输入调整信号，并根据所述输入调整信号输出可调感应基准电压至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压。本发明还公开了一种霍尔芯片。本发明霍尔芯片可用于检测磁场。

Description

一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路及霍尔芯片

技术领域

本发明涉及一种霍尔芯片，更确切地说是一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路及霍尔芯片。

背景技术

霍尔芯片是一种用于检测磁场的芯片，霍尔芯片基于霍尔效应进行工作，根据不同应用场合也分为单极霍尔效应开关、双极霍尔效应开关、双极锁存型霍尔效应开关、全极霍尔效应开关、线性霍尔效应传感器、微功耗型霍尔效应开关。霍尔芯片的工作原理为：霍尔芯片中的霍尔盘感应到磁场，产生相应的霍尔电压。该电压通常只有几毫伏大小，需要对该电压进行放大处理，放大后的电压通过和基准电压进行比较得到霍尔芯片的输出高低电平。霍尔芯片普遍使用数字输出，其输出信号只有基于工作电压的高低电平。

霍尔芯片通常包括霍尔盘、感应电压放大器、感应电压比较器和输出控制电路，感应电压放大器的输入端与霍尔盘连接，输出端与感应电压比较器的一个输入点连接，感应电压比较器的另一输入端与基准电压连接，感应电压比较器的输出端与输出控制电路的输入端相连。

现有的霍尔芯片普遍是检测固定动作值和固定响应时间的类型，也就是一个霍尔芯片封装完成后，其感应磁场大小是固定的。霍尔盘输出的霍尔电压就完全取决于被测磁场的场强，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，该电压的大小又决定了整个芯片是否有输出电压的跳变，所以现有固定灵敏度的霍尔芯片有一定的局限性。因此，当应用场景的磁场强度变化后需要同时更换适配该磁场场强的芯片。即磁场的大小是选择霍尔芯片的重要标准，但是磁场场强在一般情况下是不方便准确测量，且市面上的霍尔芯片型号多如牛毛，导致了用户在霍尔芯片选择上的不易。

发明内容

本发明为了解决现有技术霍尔芯片感应磁场大小是固定的，用户选择不易的技术问题，提供了一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路及霍尔芯片。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为设计一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，包括：

霍尔盘，其感应磁场的变化并输出感应信号；

感应电压放大器，其与所述霍尔盘连接，接收所述感应信号并将所述感应信号放大后输出；

感应电压比较器，其一个输入端与所述感应电压放大器的输出端相连，另一端为与感应基准电压连接的感应基准电压连接端，所述感应电压比较器将所述放大后的感应信号与所述感应基准电压进行比较后输出比较结果信号；

所述可调灵敏度的霍尔芯片控制电路还包括：

输出控制电路，其与所述感应电压比较器的输出端连接，并根据所述比较结果信号输出输出信号；

基准电压调整电路，其输入端与所述输出控制电路的输出端连接，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述基准电压调整电路从所述输出控制电路的输出端接收输入调整信号，并根据所述输入调整信号输出可调感应基准电压至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压。

所述基准电压调整电路包括：

输入控制电路，其输入端与所述输出控制电路的输出端连接，所述输入控制电路接收所述输入调整信号并将所述输入调整信号转换为输入基准信号输出；

数字通信电路，其输入端与所述输入控制电路的输出端连接，其将所述输入控制电路的输入基准信号转换成数模转换需要的工作状态设定值；

数模转换电路，其输入端与所述数字通信电路相连，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述数模转换电路将所述数模转换需要的工作状态设定值转换成可调基准电压输出。

所述输入控制电路包括：

基准电压比较器，其一个输入端与所述输出控制电路的输出端相连，另一个输入端与基准电压相连；

非门，其输入端与所述输出控制电路的输出端相连；

第二与门，其两个输入端分别与所述基准电压比较器的输出端、非门的输出端相连，其输出端与所述数字通信电路的输入端相连。

所述数字通信电路包括译码器及其辅助电路，所述输入基准信号为多比特数据信号，所述多比特数据信号包括起始位、数据位、校验位和停止位。

所述输出控制电路包括：

第一场效应管，其栅极与所述感应电压比较器的输出端相连，源极与电源相连，漏极为所述输出控制电路的输出端；

第二场效应管，其栅极与所述感应电压比较器的输出端相连，源极接地，漏极与所述第一场效应管的漏极相连。

输出控制电路的输出端和输入控制电路的输入端复用，从而使输出控制电路的输出端不是单向端口，而是可同时供输入控制电路作为输入端使用的双向口。

所述感应电压放大器为可编程增益放大器。

本发明还提供了一种霍尔芯片，所述霍尔芯片还包括上述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路。

本发明通过设置基准电压调整电路，可根据输入调整信号输出可调感应基准电压至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压。通过该基准电压调整电路，能够调整感应比较器的感应基准电压，将霍尔芯片磁场感应灵敏度改变成不同的动作值。霍尔芯片磁场感应动作值可调节，能够适应多种磁场条件，应用场所更加广泛。应对不同磁场条件，只需要利用配套的烧录模块即可为芯片调整感应灵敏度，能够轻松完成用户所需的各种功能要求，使用户选择霍尔芯片更加容易。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明实施例一的原理图；

图2是本发明实施例二的原理图；

图3是本发明实施例三的原理图；

图4是本发明输出控制电路的电路图；

图5是本发明输入控制电路的电路图；

图6是本发明输入调整信号的数据结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的具体实施方式：

实施例一

请一并参见图1、图4、图5和图6。本发明霍尔芯片包括可调灵敏度的霍尔芯片控制电路。可调灵敏度的霍尔芯片控制电路包括霍尔盘1、感应电压放大器2、感应电压比较器3、输出控制电路4和基准调整电路5。其中：

霍尔盘1用于感应磁场的变化并输出感应信号。霍尔盘一端接地，一端通过电压调节器连接电源VDD。

感应电压放大器2与所述霍尔盘连接，接收所述感应信号并将所述感应信号放大后输出。

在本具体实施例中，所述感应电压放大器为可编程增益放大器。用可编程增益放大器(PGA)替换了原本的普通运放(AMP)，使得霍尔芯片的放大器的输出电压也变为可调状态，增加了更多调节选项。

感应电压比较器3的一个输入端与所述感应电压放大器的输出端相连，另一端为与感应基准电压连接的感应基准电压连接端，所述感应电压比较器将所述放大后的感应信号与所述感应基准电压进行比较后输出比较结果信号。

输出控制电路4与所述感应电压比较器3的输出端连接，并根据所述比较结果信号输出输出信号Vout。

基准电压调整电路5输入端与所述输出控制电路的输出端连接，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述基准电压调整电路从所述输出控制电路的输出端接收输入调整信号Vin，并根据所述输入调整信号输出可调感应基准电压至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压。

本发明在现有电路的基础上增加了基准电压调整电路，因此，若按照常规的方式则需要增加一个输入口来进行数据的输入，但是额外增加一个输入引脚则会改变现有霍尔芯片三个管脚的封装结构，与现有的大多数霍尔芯片封装结构不同，给实际生产带来不便，因此，本发明采用将输出控制电路的输出端设置成一个双向口的引脚，在不改变原有三引脚封装的情况下，输出控制电路的输出端和输入控制电路的输入端采用输入输出复用的方式，输入调整信号Vin从所述输出控制电路的输出端输入，在输出控制电路的输出端添加输入输出复用控制电路进行弱上拉和弱下拉处理，这样既能够实现输出，同时在数据输入的时候，因为弱上拉和弱下拉的特性，不会发生短路现象。

在本具体实施例中，所述输出控制电路包括第一场效应管M1和第一场效应管M2，其中：

第一场效应管M1的栅极G与所述感应电压比较器的输出端相连，源极S与电源相连，漏极D为所述输出控制电路的输出端；

第二场效应管M2的栅极与所述感应电压比较器的输出端相连，源极S接地，漏极D与所述第一场效应管的漏极相连。

第一场效应管和第二场效应管均采用弱驱动MOS管，其内阻为10KΩ。霍尔芯片输出高电平时，相当于串联一个10KΩ的电阻，外部电路只需要提供极小的下拉电流，就能够允许外部器件输入低电平拉低引脚；输出低电平时电压会接近但不等于0V，其大于基准电压比较器的正极Vth。那么霍尔芯片在输出高低电平的同时，外部也可以输入高低电平，从而保护芯片电路不会被短路烧毁。

在本具体实施例中，所述基准电压调整电路5包括输入控制电路51、数字通信电路52和数模转换电路53，其中：

输入控制电路51输入端与所述输出控制电路的输出端连接，所述输入控制电路接收所述输入调整信号Vin并将所述输入调整信号转换为输入基准信号输出。输入控制电路可识别其接收的是输出控制电路的输出信号还是输入调整信号。

数字通信电路52输入端与所述输入控制电路的输出端连接，其将所述输入控制电路的输入基准信号转换成数模转换需要的工作状态设定值，以便于数模转换电路转换成相应的模拟电压输出。

数模转换电路53的输入端与所述数字通信电路相连，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述数模转换电路将所述数模转换需要的工作状态设定值转换成可调基准电压输出。数模转换电路主要用于将数字信号转换为模拟电压输出，采用D/A转换器即可。

在本具体实施例中，所述输入控制电路51包括：

基准电压比较器，其一个输入端与所述输出控制电路的输出端相连，另一个输入端与基准电压Vth相连。在本具体实施例中，基准电压与基准电压比较器的正极相连。

非门A，其输入端与所述输出控制电路的输出端相连；

第二与门B，其两个输入端分别与所述基准电压比较器的输出端、非门的输出端相连，其输出端与所述数字通信电路的输入端相连。

由于是弱驱动输出，霍尔芯片低电平输出接近但不等于0V。通过设置一个小于霍尔芯片低电平输出的Vth值，就能利用基准电压Vth使基准电压比较器将霍尔芯片低电平输出和输入调整信号的数字输入0V标准低电平区分开，从而判断基准电压调整电路的开启和关闭。通过基准电压比较器、非门、第二与门、数字通信电路、数模转换电路即可得到基准电压调整电路输出的可调基准电压。

输出控制电路的输出端输入多比特的高低电平(5V-0V)，通过多比特信号低电平宽长来决定0或1的值，确定输入调整信号的功能，最终输入到基准电压调整电路中对该信号进行分析处理，得到适配当前磁场的感应基准电压点。通过这个方式修改了霍尔芯片的感应电压比较器的感应基准电压值，完成了霍尔芯片灵敏度的调节。

数字通信电路是芯片同外部进行通信的串口通信电路，是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称作UART)的接收端电路。该电路可以接收外部机发出的指令数据，再分析该数据，判断下一步电路进行感应动作值的修改或响应时间的修改。

数字通信电路使用标准串口通信协议，能够接收识别4字节的多比特数据。所述输入基准信号为多比特数据信号，所述多比特数据信号包括起始位、数据位、校验位和停止位。在本具体实施例中，数据的每个字节包含了起始位、8位有效数据位、奇偶校验位、停止位。如图6所示。

在空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。其中各位的意义如下：

起始位(Start Bit)：先发出一个逻辑0信号，表示传输字符的开始。

数据位(Data Bits)：由8bit的逻辑0或1组成，作为该字节的主要数据内容。

校验位(Parity Bit)：数据位加上这一位后，使得1的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。

停止位(Stop Bit)：它是一个字符数据的结束标志。为1位逻辑1。

该4字节数据是由起始位、数据位、数据位取反、起始位取反四个数据组成。这样设置可以更好的保证数据的唯一性，接收到特定数据执行其对应的功能，不会发生错误。根据这个4字节的数据的不同起始位来区分电路下一步需要做动作值修改或者是响应时间修改。

当检测到接收4字节数据起始位为55时，如55/xx/～(xx)/AA，电路就启用动作值修改功能，输出可调感应基准电压调整至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压；当检测到4字节数据起始位为5A时，如5A/xx/～(xx)/A5，电路就启用响应时间修改功能，输出延时控制信号至延时电路，通过延时电路调整霍尔芯片的响应时间。

所述数字通信电路包括译码器及其辅助电路。

实施例二

请一并参见图2、图4、图5和图6。该实施例与实施例一的区别在于增加了一个延时电路6。

延时电路6的输出端与所述输出控制电路相连，所述延时电路发出延时使能信号EN至所述输出控制电路控制所述输出控制电路延时输出。

在本具体实施例中，输出控制电路增加一个第一与门C，第一与门的一个输入端与所述感应电压比较器的输出端相连，另一个输入端与所述延时电路的输出端相连。

第一场效应管的栅极与所述第一与门的输出端相连，源极与电源相连，漏极为所述输出控制电路的输出端。

第二场效应管的栅极与所述第一与门的输出端相连，源极接地，漏极与所述第一场效应管的漏极相连。

通过延时电路控制输出控制电路的输出，可调整霍尔芯片的响应时间。

实施例三

请一并参见图3、图4、图5和图6。该实施例与实施例二的区别在于延时电路与数字通信电路连接，延时电路从数字通信电路接收延时控制信号。

所述延时电路的输入端与所述数字通信电路相连，所述数字通信电路发出延时控制信号至所述延时电路，所述延时电路根据所述延时控制信号输出所述延时使能信号。

数字通信电路是芯片同外部进行通信的串口通信电路，是通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常称作UART)的接收端电路。该电路可以接收外部机发出的指令数据，再分析该数据，判断下一步电路进行感应动作值的修改或响应时间的修改。

数字通信电路使用标准串口通信协议，能够接收识别4字节的多比特数据。所述输入基准信号为多比特数据信号，所述多比特数据信号包括起始位、数据位、校验位和停止位。在本具体实施例中，数据的每个字节包含了起始位、8位有效数据位、奇偶校验位、停止位。如图6所示。

在空闲时，数据线应该保持在逻辑高电平状态。其中各位的意义如下：

起始位(Start Bit)：先发出一个逻辑0信号，表示传输字符的开始。

数据位(Data Bits)：由8bit的逻辑0或1组成，作为该字节的主要数据内容。

校验位(Parity Bit)：数据位加上这一位后，使得1的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。

停止位(Stop Bit)：它是一个字符数据的结束标志。为1位逻辑1。

该4字节数据是由起始位、数据位、数据位取反、起始位取反四个数据组成。这样设置可以更好的保证数据的唯一性，接收到特定数据执行其对应的功能，不会发生错误。根据这个4字节的数据的不同起始位来区分电路下一步需要做动作值修改或者是响应时间修改。

当检测到接收4字节数据起始位为55时，如55/xx/～(xx)/AA，电路就启用动作值修改功能，输出可调感应基准电压调整至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压；当检测到4字节数据起始位为5A时，如5A/xx/～(xx)/A5，电路就启用响应时间修改功能，输出延时控制信号至延时电路，通过延时电路调整霍尔芯片的响应时间。

本发明具有以下优点：

1、霍尔芯片感应磁场灵敏度可调节

霍尔芯片内部电路增加了可以调整霍尔片感应磁场动作值的基准电压调整电路，通过该基准电压调整电路，能够调整感应比较器的感应基准电压，将霍尔芯片磁场感应灵敏度改变成不同的动作值。同时也使用了可编程增益放大器作为辅助设计，共同实现灵敏度可控霍尔芯片的主要功能。

霍尔芯片磁场感应动作值可调节，能够适应多种磁场条件，应用场所更加广泛。应对不同磁场条件，只需要利用配套的烧录模块即可为芯片调整感应灵敏度，能够轻松完成用户所需的各种功能要求。

2、输出控制电路的输出端口实现输入输出复用

本发明采用将输出控制电路的输出端设置成一个双向口的引脚，在不改变原有三引脚封装的情况下，输出控制电路的输出端和输入控制电路的输入端采用输入输出复用的方式，输入调整信号Vin从所述输出控制电路的输出端输入，在输出控制电路的输出端添加输入输出复用控制电路进行弱上拉和弱下拉处理，这样既能够实现输出，同时在数据输入的时候，因为弱上拉和弱下拉的特性，不会发生短路现象。

基准电压比较器也会根据端口的信号进行判断，使基准电压调整电路输出的可调感应基准电压不会被芯片自身的输出信号影响，输入输出复用技术也就很好地解决了该霍尔芯片同市面上同类型霍尔芯片的匹配度问题。

输入输出复用的设计能够不必改变现有的封装形式，双向口设计能够互不影响的进行数据的输出和输入，使得该芯片同现阶段的大多数霍尔芯片引脚封装一致，用户使用起来也方便。用户在进行电路设计和功能对比时，也不必再设计新的装配电路，直接更换芯片即可。

3、霍尔芯片感应磁场响应时间可调节

在霍尔芯片内部增加一个延时电路，该电路可以调整芯片输出响应时间。不同的场所需要不同的芯片响应速度，响应时间可调功能也增加了芯片应用的多样性。用户可以根据不同场合需求设置需要的值，使芯片输出更好地匹配该场合。

霍尔芯片感应动作响应时间可以调节，可适应更多种应用场合。该电路能够防止芯片上电瞬间由于芯片电压不稳定造成的误动作，待芯片内部电路电压稳定后再使能输出。也可以在合适的时间范围内加快或减慢反应的时间，优化芯片性能。可以调节的功能也意味着芯片在不同的场合都能得到更好的搭配。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，包括：

霍尔盘，其感应磁场的变化并输出感应信号；

感应电压放大器，其与所述霍尔盘连接，接收所述感应信号并将所述感应信号放大后输出；

感应电压比较器，其一个输入端与所述感应电压放大器的输出端相连，另一端为与感应基准电压连接的感应基准电压连接端，所述感应电压比较器将所述放大后的感应信号与所述感应基准电压进行比较后输出比较结果信号；

其特征在于：所述可调灵敏度的霍尔芯片控制电路还包括：

输出控制电路，其与所述感应电压比较器的输出端连接，并根据所述比较结果信号输出输出信号；

基准电压调整电路，其输入端与所述输出控制电路的输出端连接，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述基准电压调整电路从所述输出控制电路的输出端接收输入调整信号，并根据所述输入调整信号输出可调感应基准电压至所述感应电压比较器的感应基准电压连接端调整所述感应电压比较器的感应基准电压。

2.根据权利要求1所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，其特征在于：所述基准电压调整电路包括：

输入控制电路，其输入端与所述输出控制电路的输出端连接，所述输入控制电路接收所述输入调整信号并将所述输入调整信号转换为输入基准信号输出；

数字通信电路，其输入端与所述输入控制电路的输出端连接，其将所述输入控制电路的输入基准信号转换成数模转换需要的工作状态设定值；

数模转换电路，其输入端与所述数字通信电路相连，输出端与所述感应电压比较器的感应基准电压连接端连接，所述数模转换电路将所述数模转换需要的工作状态设定值转换成可调基准电压输出。

3.根据权利要求2所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，其特征在于：所述输入控制电路包括：

基准电压比较器，其一个输入端与所述输出控制电路的输出端相连，另一个输入端与基准电压相连；

非门，其输入端与所述输出控制电路的输出端相连；

第二与门，其两个输入端分别与所述基准电压比较器的输出端、非门的输出端相连，其输出端与所述数字通信电路的输入端相连。

4.根据权利要求3所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，其特征在于：所述数字通信电路包括译码器及其辅助电路，所述输入基准信号为多比特数据信号，所述多比特数据信号包括起始位、数据位、校验位和停止位。

5.根据权利要求3所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，其特征在于：所述输出控制电路包括：

第一场效应管，其栅极与所述感应电压比较器的输出端相连，源极与电源相连，漏极为所述输出控制电路的输出端；

第二场效应管，其栅极与所述感应电压比较器的输出端相连，源极接地，漏极与所述第一场效应管的漏极相连。

6.根据权利要求1所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路，其特征在于：所述感应电压放大器为可编程增益放大器。

7.一种霍尔芯片，其特征在于：所述霍尔芯片还包括权利要求1-6任一项所述的可调灵敏度的霍尔芯片控制电路。

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