CN115542203B - 一种基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器，包括：N个霍尔效应极板对，N≥1，N个霍尔效应极板对设置在半导体硅片上并沿同一方向均匀排列，每一霍尔效应极板对包括两个霍尔效应极板和两组互斥开关，霍尔效应极板对中的每一霍尔效应极板分别与其中的两组互斥开关连接，两组互斥开关用于控制两个霍尔效应极板输出的残余失调电压的极性，N个霍尔效应极板对串联连接，N个霍尔效应极板对的中心引脚连接至一基准共模电压；2N个电流源，每一电流源的输出相同并且分别与其中一个霍尔效应极板连接，以提供激励电流；以及失调控制单元，具有N个符号控制位，每一符号控制位具有两个输出值，应极板中两组互斥开关的闭合和断开。

Description

一种基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器

技术领域

本发明涉及磁场检测领域，具体而言，涉及一种基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器。

背景技术

基于硅的霍尔效应传感器虽然检测信号较弱，但易于兼容低成本的CMOS工艺，因此在各种领域都得到了广泛的应用。但是与其他霍尔效应材料相比，硅霍尔效应的灵敏度相对而言要低几十倍到几千倍，硅基霍尔效应极板的输出信号幅度极其微弱，因而对于传感器输出的失调要求也非常严格。

在半导体加工过程中，由于光刻、蚀刻，离子注入等加工步骤中各种非理想特性的影响，硅霍尔效应传感器在零输入磁场时，仍然会有一个固有的输出信号，这个固有输出信号被称为失调信号，可以用电压或者电流来表征，被称为等效失调电压或者等效失调电流。

单个霍尔效应极板的典型失调电压约为毫伏量级，例如1伏激励电压条件时，输出的固有失调约为1毫伏到5毫伏。霍尔效应典型的工作量程约为100毫特斯拉，此时一般硅霍尔效应极板的满量程输出电压约为10毫伏到100毫伏。由于该失调电压只有一部分能被归零校准，其成为硅霍尔效应极板的检测精度的一个重要限制因素。

由于半导体加工工艺的特点，在半导体硅片上，位置相邻的两个霍尔效应极板器件具有相似的失调特性，将这两个器件的输出失调电压互相抵消后，残余的输出失调会从单个极板的1～5毫伏降低到百微伏量级。

在现有技术方案中已经有过各种提高硅霍尔效应极板输出信号幅度的尝试，典型的方法为旋转电流法和不同几何方向的多器件平均法。

采用旋转电流法或者多几何方向器件的平均法，也即采用多个临近位置的霍尔效应极板器件，可以进一步将输出失调电压调整到几十微伏左右。但是对于高精度的磁场检测，要求输出失调小于10微伏甚至小于1微伏，在现有技术方案中，只能通过在大量产品中测量和挑选少数满足要求的产品，因此良品率极其低下，成本高昂，不具备大批量生产的可能性。

中国专利CN203630326给出了一种垂直霍尔效应传感器的实施方式，即同时采用旋转电流法和多器件平均法的实现方式。其中旋转电流法是通过在不同时间，给同一个传感器器件不同方向的激励电流，例如第一时钟周期时激励电流方向是从左到右，第二时钟周期时激励电流方向则是从右到左；并在时间上将其平均。由于与激励电流相关的传感器器件输出失调会在正反激励电流情况下符号相反，因此将第一时钟周期和第二时钟周期输出在时间上平均后，该传感器器件所输出的这部分失调特性正负抵消，从而达到了消除失调的结果。

中国专利CN111487569给出了一种水平霍尔效应传感器的实施方式，即采用8个器件几何平均和8个方向的旋转电流平均方法的实现方式。该方案中所采用的多个几何方向的多器件平均法，是在传感器中同时设置多个传感器器件，然后在任意时钟周期内，具有不同方向的电流激励。例如同时设置了六个传感器器件，其中在第1、3、5器件为正向器件，第2、4、6号器件为反向器件，在均采用正向电流激励(例如从左到右方向)时，上述第1、3、5号器件分别输出正向输出，同时会输出正向失调；上述第2、4、6号器件反向激励输出正向信号，也同时会输出反向失调。这样，通过一个激励控制网络，分别给不同的器件以正向激励和反向激励，可以在任何时候输出的全部失调信号的和为零。从而可以消除系统与几何位置相关的失调。

若将上述两种方法完整融合在一起，则可以将典型的传感器输出失调减小几倍到几十倍。但是这两种失调信号消除方式，其失调消除效率均是线性反比关系。具体而言，旋转电流法中，失调消除倍数大致与所采用的时间周期成反比；而几何位置平均方法，失调消除倍数大致与采取的器件数目成反比，典型的失调改善倍数为几倍到几十倍。因此如果需要将输出失调控制在极低水平下时，这些方法所需要的代价将急剧增加，甚至不具备实现可能。

发明内容

本发明提供一种基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器，用以解决上述现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于霍尔效应的磁场检测电路，其包括：

N个霍尔效应极板对，N≥1，N个霍尔效应极板对设置在半导体硅片上并沿同一方向均匀排列，每一霍尔效应极板对包括两个霍尔效应极板和两组互斥开关，每一霍尔效应极板对中的两个霍尔效应极板距离接近且方向一致，霍尔效应极板对中的每一霍尔效应极板分别与其中的两组互斥开关连接，在任一时刻，两组互斥开关均处于其中一组断开而另一组闭合的状态，两组互斥开关用于控制两个霍尔效应极板输出的残余失调电压的极性，N个霍尔效应极板对串联连接，位于首位的霍尔效应极板的输出负极作为所述磁场检测电路的输出负极，位于尾位的霍尔效应极板的输出正极作为所述磁场检测电路的输出正极，N个霍尔效应极板对的中心引脚连接至一基准共模电压；

2N个电流源，每一电流源的输出相同并且分别与其中一个霍尔效应极板连接，以提供激励电流；以及

失调控制单元，具有N个符号控制位，每一符号控制位具有两个输出值，每一符号控制位用于控制其中一个霍尔效应极板中两组互斥开关的闭合和断开。

在本发明的一实施例中，每组互斥开关包括6个开关并且以图2所示的方式连接在磁场检测电路中。

在本发明的一实施例中，所述失调控制单元具有一存储单元，所述存储单元中存储有一最优符号控制位组合，所述最优符号控制位组合能够使得磁场检测电路输出的残余失调电压的总和最小。

在本发明的一实施例中，所述基准共模电压由一共模反馈电路提供。

在本发明的一实施例中，所述2N个电流源替换为旋转电流电路，所述旋转电流电路用于向所述2N个霍尔效应极板提供在不同时间上进行预设旋转角度的电流，并在不同时间对应于不同的符号控制位。

在本发明的一实施例中，所述不同时间为上半时钟周期和下半时钟周期，

工作模式为以下第一工作模式或第二工作模式：

第一工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，

第二工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向。

在本发明的一实施例中，所述预设旋转角度为45度或90度。

本发明还提供了一种电流传感器，其包括上述基于霍尔效应的磁场检测电路。

本发明提供的基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器与现有技术中只能几倍到几十倍改善残余失调电压的效益相比，可以在同等电路规模下将霍尔效应传感器的输出失调改善几百倍到几百万倍，霍尔效应传感器输出失调的降低可以有效增强整体系统分辨率和精度，有效的提高了性能，并在整体电路的性能、功耗、面积方面均有产生较好的效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个典型的硅霍尔效应器件的简化电路模型图；

图2为本发明一实施例的基于霍尔效应的磁场检测电路的示意图；

图3为本发明第一实施例的霍尔效应极板在互斥开关为第一状态下的输出失调示意图；

图4为本发明第一实施例的霍尔效应极板在互斥开关为第二状态下的输出失调示意图；

图5为本发明一个简化的实施例的示意图；

图6为本发明另一个简化的实施例的示意图；

图7a为以旋转电流电路提供电流激励时，上半周期内霍尔效应极板中电流示意图；

图7b为以旋转电流电路提供电流激励时，下半周期内霍尔效应极板中电流示意图；

图8为符号控制位的数目与失调改善倍数关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在利用霍尔效应进行磁场检测领域，一般是利用霍尔器件构成的霍尔效应极板检测磁场，霍尔效应极板可以检测垂直于半导体硅片加工平面的磁场，也可以检测水平于半导体硅片加工平面的磁场。

图1为一个典型的硅霍尔效应器件的简化电路模型图，如图1所示，Rh1、Rh2、Rl1、Rl2构成电阻电桥，Rs是等效激励电阻，Ro是等效检测电阻。VHall是一个与输入磁场强度、激励电压和半导体霍尔效应系数成正比的输出电压。在半导体加工过程中，因为各种非理想特性的影响。Rh1/Rh2/Rl1/Rl2四个电阻构成的电桥并不会严格相等。这样，当激励电极两端存在激励电压时，即使外界输入磁场为零，在输出检测电极两端会输出一个不为零的信号，这个输出不为零的电压可以被称为霍尔效应器件的输出失调电压。该电桥不对称所导致的输出失调电压与激励电压成正比。当激励电极两端电压的符号从正变负时，输出失调电压的符号也会从正变到负。

本发明使用两个或偶数个一起放置的霍尔效应极板所构成的霍尔效应极板对，并利用开关和电路网络组合在一起。这样可以消除霍尔效应极板的大部分的固有失调，并使得霍尔效应极板对的输出信号不变的情况下，其输出的残余失调电压的符号可以使用符号控制位进行切换。将两个或多个霍尔极板进行组合，这样通过符号控制位改变残余失调电压的符号(极性)，通过选择最优的符号控制位，这样可以得到最优符号控制位组合，从而可以极大程度上降低系统的输出的整体失调电压。

本发明提供了一种基于霍尔效应的磁场检测电路，其包括：

N个霍尔效应极板对，N≥1，N个霍尔效应极板对设置在半导体硅片上并沿同一方向均匀排列，每一霍尔效应极板对包括两个霍尔效应极板和两组互斥开关，每一霍尔效应极板对中的两个霍尔效应极板距离接近且方向一致，霍尔效应极板对中的每一霍尔效应极板分别与其中的两组互斥开关连接，在任一时刻，两组互斥开关均处于其中一组断开而另一组闭合的状态，两组互斥开关用于控制两个霍尔效应极板输出的残余失调电压的极性，N个霍尔效应极板对串联连接，位于首位的霍尔效应极板的输出负极作为所述磁场检测电路的输出负极，位于尾位的霍尔效应极板的输出正极作为所述磁场检测电路的输出正极，N个霍尔效应极板对的中心引脚连接至一基准共模电压；

2N个电流源，每一电流源的输出相同并且分别与其中一个霍尔效应极板连接，以提供激励电流；以及

失调控制单元，具有N个符号控制位，每一符号控制位具有两个输出值，每一符号控制位用于控制其中一个霍尔效应极板中两组互斥开关的闭合和断开。

进一步的，在本发明的实施例中，失调控制单元可以进一步与具有一存储单元，所述存储单元中存储有一最优符号控制位组合，所述最优符号控制位组合能够使得磁场检测电路输出的残余失调电压的总和最小

本发明中的霍尔效应极板对是选择两个或者多个在半导体硅片上相邻放置的霍尔效应极板器件，利用合适的电路网络将互斥开关连接在电路中，得到一个霍尔极板对。图2所示的每组互斥开关包括6个开关，在本发明的其他实施例中，每组互斥开关的数目以及于电路中的连接方式可能为其他形式。本发明不限制每组互斥开关的数目以及于电路中的连接方式，凡是能实现本发明中互斥开关于电路中的上述功能的，均属于本发明的保护范围。

由于半导体加工工艺的特点，在半导体硅片上，位置相邻的霍尔效应极板具有相似的失调特性，将这两个相邻的霍尔效应极板输出的失调电压互相抵消后，其残余的输出失调电压会显著降低，而且不同霍尔极板对的输出残余失调信号的幅度随机分布，其规律近似服从标准正态分布曲线。

在一个霍尔极板对中设置有两组互斥开关，并通过符号控制位进行选择。当其中一组开关闭合，另一组关断时，霍尔极板对输出所检测的磁场信号和一个与器件本身特性相关的残余失调电压；当使用符号控制位选择来切换开关组闭合和关断状态时，霍尔极板对的输出中残余失调电压的正负符号将随之切换，而所检测的磁场信号幅度和大小均保持不变。

将两个或者多个霍尔极板对进行串联组合，使得整体失调电压为各个霍尔极板对的残余失调电压之和。因此，具备N个霍尔极板对的磁场检测电路输出的残余失调电压，可以表达为N个服从正态分布的独立随机变量的和。这N个独立随机变量的符号可以通过所对应的N比特的符号控制位来进行切换。从而可以通过测量和选择，得到一组或者多组最优符号控制位组合，使得整个磁场检测电路输出的残余失调电压最小。

由于N个符号控制位所控制的N个独立随机变量的和，具备2^(N-1)种组合可能，在这些随机组合中，其加法和的最小值的期望，也即整体输出失调电压的最小值的期望，反比于2^(N-1)。因此，当N＝16时，使用16个符号控制位，即可将整体输出失调电压的方差减小1.6万倍，而当N＝32时，可以减小大约15亿倍。相比之下，传统的旋转电流或者多器件平均方法，只能分别对应减小大约16倍和32倍，因此，本发明可以在现有技术基础上显著减小霍尔效应传感器系统的输出失调。

图2为本发明一实施例的基于霍尔效应的磁场检测电路的示意图，本实施例包含一个霍尔效应极板对，霍尔效应极板对中包含有两个距离接近、方向一致的霍尔效应极板。在半导体加工过程中，各种工艺均非理想特性，位置接近且方向一致的半导体器件，通常被认为具有相似的几何分布特征。例如硅片掺杂浓度从上往下线性变化，这样间隔较接近霍尔效应极板，在同样激励下具有非常相似的输出失调特性，因此，本发明中的霍尔效应极板较佳为符合本实施例中的上述描述。

两个霍尔效应极板分别采用相同的电流源I_STM激励。其中一个霍尔效应极板的输出正和另一个霍尔效应极板的输出负连接。两组互斥开关为Sw1开关组和Sw2开关组，Sw1开关组包括Sw1h、Sw1l、Sw1o；Sw2开关组包括Sw2h、Sw2l、Sw2o。两个开关组用来控制该霍尔效应极板对中两个不同霍尔效应极板的输入激励电流方向。

图2中，I_STM为电流源，V_Com为中心引脚，如图2右下角所示为本发明第一实施例的共模反馈电路的示意图，根据电路中V_Com输出的电压，图2右下角中的运算放大电路和反馈电路等构成共模反馈电路，I_CMFB为共模反馈电路的输出，用于稳定整体电路的工作电压。

上述Sw1和Sw2开关组是互斥的，也即一组开关闭合，另一组开关则关断，反之亦然。由于在给定一个方向的外置磁场信号时，输出霍尔效应电压的方向与电流方向成正比，因此，在Sw1/Sw2的任何一个开关的状态，整个霍尔效应极板对的输出霍尔效应电压信号方向恒定。

图3为本发明第一实施例的霍尔效应极板在互斥开关为第一状态下的输出失调示意图，图4为本发明第一实施例的霍尔效应极板在互斥开关为第二状态下的输出失调示意图，图3呈现的第一状态对应的是Sw1闭合、Sw2断开时的等效电路图，图4呈现的第二状态是Sw2闭合、Sw1断开时的等效电路图。由于两个霍尔效应极板均采用电流激励且串联输出，因此这两个霍尔效应极板的整体输出失调电压是它们各自输出失调之和。对于图3、图4而言，当霍尔效应极板中的电流方向为从上往下时，左边的霍尔效应极板输出失调电压为Vos1，右边的霍尔效应极板的输出失调电压为Vos2，而整体输出失调电压记为Voffset。

图3中，Sw1闭合，Sw2断开，由于左边的霍尔效应极板的激励电流方向是从上至下，而右边的霍尔效应极板的激励电流方向是从下至上，那么该霍尔效应极板对的整体输出失调为Voffset＝Vos1-Vos2。图4中，Sw1断开，Sw2闭合，该霍尔效应极板的整体输出失调为-Voffset＝Vos2-Vos1。

通过图3、图4这样组成的霍尔效应极板对，可以消除大部分几何相关的失调电压，只剩下一个其正负符号可以通过开关组选择的残余输出失调电压。该残余失调电压的幅度是随机分布的，一般认为符合正态分布。这样构建出来的霍尔效应极板对，输出的残余失调电压大小不变，但是其正负符号可以通过开关组进行切换。

图5为本发明一个简化的实施例的示意图，该简化实施例具有两个霍尔效应极板对，霍尔效应极板对的输出顺序相连。最左侧霍尔效应极板对的Outp连接到磁场检测电路的Outp引脚，作为输出正端，最右侧霍尔效应极板对的Outn连接到磁场检测电路的Outn引脚，作为输出负端。

Os极性选择引脚，用来控制霍尔效应极板对中Sw1和Sw2开关组的选择，从而决定输出失调电压的符号切换。分别连接到符号控制位Bit(1)、Bit(0)，中心抽头连接到Vcom引脚，该引脚信号用于激励电流的共模反馈控制。

符号控制位Bit(1)、Bit(0)均具有两个输出值，例如将输出值定义为0和1，输出值为0定义为图3所示的Sw1闭合、Sw2断开的工作状态(第一状态)，输出值为1定义为图4所示的Sw2闭合、Sw1断开的工作状态(第二状态)。输出值的数值及其对应的状态是用于说明实施例的实施方式，在其他实施例中，也可以将输出值定义为其他数值，并分别对应定义其对应的开关组状态，本发明不以上述描述为限制。

通过符号控制位Bit(1)、Bit(0)的控制，在输出信号不变的情况下，输出失调电压将存在2^2＝4种不同的可能选择。当遍历这四种选择后，即可找到一个最优符号控制位组合，最优符号控制位组合存储在存储单元中，实际工作时，将最优符号控制位组合从存储单元中读取出并对应输出至各个Os极性选择引脚，Os极性选择引脚继而控制Sw1、Sw2的闭合和断开状态，以使得整体的输出失调电压最小。蒙特卡洛分析表明，通过引入两个霍尔效应极板对并使用符号控制位选择，与单个霍尔效应极板对的失调电压期望值比较，最优符号控制位组合的输出失调电压可以改善约2倍，即2^(N-1)，最优符号控制位组合的输出失调电压分布方差则改善约4倍，也即2^N。

图6为本发明另一个简化的实施例的示意图，在该简化实施例中采用了偶数个霍尔效应极板对，霍尔效应极板对的输出顺序相连，最左侧霍尔效应极板对的Outp连接到磁场检测电路的Outp引脚，作为输出正端；最右侧霍尔效应极板对的Outn连接到磁场检测电路的Outn引脚，作为输出负端。

Os极性选择引脚，用来控制霍尔效应极板对中Sw1和Sw2开关组的选择，从而决定输出失调电压的符号切换。分别连接到符号控制位Bit(N-1)～Bit(0)，中心抽头连接到Vcom引脚，该引脚信号用于激励电流的共模反馈控制。

需要指出的是，霍尔效应极板对的个数也可以为奇数个，这时Vcom引脚由是处于中间位置处的霍尔效应极板对的中心抽头引出。

通过符号控制位Bit(N-1)～Bit(0)的控制，在输出信号不变的情况下，输出失调电压将存在2^N种不同的可能选择。当遍历全部这些选择后，可找到一个最优符号控制位组合，从而使得整体的输出失调电压最小。蒙特卡洛分析表明，通过引入N个霍尔效应极板对并使用控制位选择，与单个霍尔效应极板对的失调电压期望值比较，选择最优符号控制位组合Bit(N-1)～Bit(0)的输出残余失调方差可以改善约2^N倍。例如，当N＝16时，可以将失调电压方差减小大约1.6万倍，N＝22时，大约可以减小114万倍。

本发明中的霍尔效应极板对不仅限于以上采用两个或多个霍尔效应极板(例如可以采用四个或者八个)构成，霍尔效应极板中的电流方向还可以根据具体的情况排布，例如采取不同旋转角度的多个器件和开关构成。只要是达成以上所述的选择极板对的功能即可，也就是说，使用开关可以选择输出失调电压幅度符号正反切换，但是不影响输出信号幅度的方向的实施方式，均在本案的保护范围之内。

本发明中可以将2N个电流源替换为旋转电流电路，旋转电流电路用于向2N个霍尔效应极板提供在不同时间上进行预设旋转角度的电流，并在不同时间对应于不同的符号控制位。预设旋转角度例如为45度或90度。以上所述的不同时间例如为上半时钟周期和下半时钟周期，工作模式为以下第一工作模式或第二工作模式：

第一工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，

第二工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向。

以第一工作模式为例，图7a、图7b分别为以旋转电流电路提供电流激励时，上半周期和下半周期内霍尔效应极板中电流示意图，该实施例中，利用旋转电流激励方法，通过在不同时间对霍尔效应极板施加不同的激励电流方向，然后再将不同时间上的输出进行累加，这样可以等效增加极板数目。需要说明的是，如果将2N个电流源替换为旋转电流电路，前提为每个霍尔效应极板均具有旋转对称性，而且当不同方向的输入至霍尔效应极板时，其失调特性的随机分布具有一定独立性。

在该实施例的霍尔效应极板对中包含有两个距离接近、方向一致的霍尔效应极板。霍尔效应极板具有旋转对称的特性，这样检测电极和激励电极的功能可以互换。

与以上实施例相似，本实施例也具有Sw1开关组和Sw2开关组，用来控制两个霍尔效应极板的输出失调的正负符号，其Sw1和Sw2开关组的具体功能和实现基本相似。另外，也具有共模电压基准反馈电路，在此不再赘述。

图7a所示，在上半时钟周期中，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向，也即上下电极为激励电极，左右电极为检测电极。与上述实施例相似，通过符号控制位来控制Sw1开关组和Sw2开关组的闭合和断开，可以在保证输出信号不变的情况下，选择输出失调的正负符号变化。

图7b所示，在下半时钟周期中，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，也即左右电极为激励电极，上下电极为检测电极。与上述实施例相似，通过符号控制位来控制Sw1开关组和Sw2开关组的开关，可以在保证输出信号不变的情况下，选择输出失调的正负符号变化。

图7a所示为上半时钟周期，图7b所示为下半时钟周期，两个不同周期内的激励电流方向互相垂直。由于在半导体工艺中，掺杂浓度的垂直分布和水平分布变化梯度基本无关，因此可以认为这两个方向上掺杂浓度梯度的随机分布是独立的。因此符号控制位在上半时钟周期和下半时钟周期中是独立的，也就是说，上半时钟周期和下半时钟周期对应于不同的符号控制位。这样在时间上将霍尔效应极板对的输出信号进行累加后，可以看到等效的符号控制位增加了一位。因此仅需要16个霍尔效应极板对，就可以得到32个符号控制位。这样就实现了通过在时间上的复用，增加了等效极板数目。

同样的，也可以在霍尔效应极板上以旋转对称方式45度间距设置8个或者更多电极，这样每组霍尔效应极板对可以得到4个以上符号控制位。但是由于在45度间距上，失调电压存在一定的相关性，因此符号控制位的独立性会有所下降。

图7a、图7b是以第一工作模式为例进行的说明，当以第二工作模式工作时，对实施例进行相应调整即可，本领域技术人员根据以上描述能够清楚得知如何进行调整，在此不予赘述。

图8为符号控制位的数目与失调改善倍数关系曲线图，可以看到，失调改善倍数是与所使用的符号控制位的数目是指数关系。因此当采用适当数目的符号控制位，可以高效率的实现极低的失调输出性能。

本发明还提供了一种电流传感器，其包括上述基于霍尔效应的磁场检测电路。

本发明提供的基于霍尔效应的磁场检测电路以及电流传感器与现有技术中只能几倍到几十倍改善残余失调电压的效益相比，可以在同等电路规模下将霍尔效应传感器的输出失调改善几百倍到几百万倍，霍尔效应传感器输出失调的降低可以有效增强整体系统分辨率和精度，有效的提高了性能，并在整体电路的性能、功耗、面积方面均有产生较好的效益。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于霍尔效应的磁场检测电路，其特征在于，包括：

N个霍尔效应极板对，N≥1，N个霍尔效应极板对设置在半导体硅片上并沿同一方向均匀排列，每一霍尔效应极板对包括两个霍尔效应极板和两组互斥开关，每一霍尔效应极板对中的两个霍尔效应极板距离接近且方向一致，霍尔效应极板对中的每一霍尔效应极板分别与其中的两组互斥开关连接，在任一时刻，两组互斥开关均处于其中一组断开而另一组闭合的状态，两组互斥开关用于控制两个霍尔效应极板输出的残余失调电压的极性，N个霍尔效应极板对串联连接，位于首位的霍尔效应极板的输出负极作为所述磁场检测电路的输出负极，位于尾位的霍尔效应极板的输出正极作为所述磁场检测电路的输出正极，N个霍尔效应极板对的中心引脚连接至一基准共模电压；

2N个电流源，每一电流源的输出相同并且分别与其中一个霍尔效应极板连接，以提供激励电流；以及

失调控制单元，具有N个符号控制位，每一符号控制位具有两个输出值，每一符号控制位用于控制其中一个霍尔效应极板中两组互斥开关的闭合和断开，所述失调控制单元具有一存储单元，所述存储单元中存储有一最优符号控制位组合，所述最优符号控制位组合能够使得磁场检测电路输出的残余失调电压的总和最小。

2.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的磁场检测电路，其特征在于，所述基准共模电压由一共模反馈电路提供。

3.根据权利要求1所述的基于霍尔效应的磁场检测电路，其特征在于，所述2N个电流源替换为旋转电流电路，所述旋转电流电路用于向所述2N个霍尔效应极板提供在不同时间上进行预设旋转角度的电流，并在不同时间对应于不同的符号控制位。

4.根据权利要求3所述的基于霍尔效应的磁场检测电路，其特征在于，所述不同时间为上半时钟周期和下半时钟周期，

工作模式为以下第一工作模式或第二工作模式：

第一工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，

第二工作模式：在上半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在水平方向，在下半时钟周期，每个霍尔效应极板的激励电流工作在垂直方向。

5.根据权利要求3或4所述的基于霍尔效应的磁场检测电路，其特征在于，所述预设旋转角度为45度或90度。

6.一种电流传感器，其特征在于，包括如权利要求1～5任一项所述的基于霍尔效应的磁场检测电路。

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