CN205691141U - 霍尔传感器和电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供霍尔传感器和电子设备。霍尔传感器可以包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；以及第一对偏压电极，在第一方向上跨霍尔感测元件相互相对。霍尔传感器可以包括在第二方向上跨霍尔感测元件相互相对的第二对偏压电极。霍尔传感器可以包括：第一对感测电极，在第三方向上跨霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨霍尔感测元件相互相对。第四方向可以正交于第三方向，每个感测电极处于第一对的偏压电极和第二对的偏压电极之间。

Description

霍尔传感器和电子设备
技术领域
本公开涉及传感器设备，并且更具体地涉及霍尔传感器。
背景技术
对适于应用中使用的高速(例如1MHz带宽)霍尔传感器的增加的兴趣(诸如无损电流感测)，由于例如开关的电容性负载和电路复杂性(例如，在回路中具有模拟到数字(ADC)/数字到模拟(DAC)转换的双反馈回路)，而面临固有限制。具有备选霍尔传感器系统可能是有帮助的。
实用新型内容
本公开的目的是提供用于在汽车行业和其他工业应用中使用(例如速度探测、无损电流感测等)的高带宽霍尔传感器系统，以克服由于例如开关的电容性负载和电路复杂性而面临的固有限制。
本公开提供霍尔传感器，其包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；第一对偏压电极，在第一方向上跨霍尔感测元件相互相对；第二对偏压电极，在第二方向上跨霍尔感测元件相互相对，第二方向正交于第一方向；第一对感测电极，在第三方向上跨霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨霍尔感测元件相互相对，第四方向正交于第三方向，每个感测电极处于第一对偏压电极中的偏压电极和第二对偏压电极中的偏压电极之间。
根据一些实施例，第三方向和第四方向分别与第一方向和第二方向在角度上隔开45°。
根据一些实施例，每个偏压电极包括棒形电极；其中第一对偏压电极平行延伸；以及其中第二对偏压电极平行延伸。
根据一些实施例，霍尔传感器进一步包括：偏压模块，配置用于有选择地应用在第一对偏压电极中的偏压电极之间和在第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流；以及读出模块，配置用于有选择地感测在第一对感测电极中的感测电极之间和在第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压。
根据一些实施例，霍尔传感器进一步包括相位发生器，相位发生器与偏压模块和读出模块耦合，并且配置用于产生偏压模块和读出模块的相互地分时段操作。
根据一些实施例，偏压模块被配置用于有选择地改变在第一对偏压电极中的偏压电极之间和在第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流的方向。
根据一些实施例，读出模块包括配置用于差分地感测在第一对感测电极中的感测电极之间和在第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压的第一差分检测器和第二差分检测器。
根据一些实施例，读出模块包括第一减法单元和第二减法单元，第一减法单元和第二减法单元耦合到第一差分检测器和第二差分检测器，以及配置用于将在第一对感测电极中的感测电极之间和在第二对感测电极中的感测电极之间感测的相反极性的霍尔电压彼此相减。
根据一些实施例，第一减法单元和第二减法单元各自包括开关电容器电路。
根据一些实施例，霍尔传感器进一步包括配置用于储存从第一减法单元和第二减法单元获得的霍尔电压的第一电容器电路和第二电容器电路。
根据一些实施例，霍尔传感器进一步包括：采样和保持电路，配置用于对来自第一电容器电路和第二电容器电路的霍尔电压进行采样；以及模拟到数字电路，配置用于转换来自采样和保持电路的霍尔电压并且压缩霍尔电压。
本公开提供电子设备，其包括：电路；以及霍尔传感器，耦合到电路并且包括：霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；第一对偏压电极，在第一方向上跨霍尔感测元件相互相对；第二对偏压电极，在第二方向上跨霍尔感测元件相互相对，第二方向正交于第一方向；第一对感测电极，在第三方向上跨霍尔感测元件相互相对；以及第二对感测电极，在第四方向上跨霍尔感测元件相互相对，第四方向正交于第三方向，每个感测电极处于第一对偏压电极中的偏压电极和第二对偏压电极中的偏压电极之间。
根据一些实施例，第三方向和第四方向分别与第一方向和第二方向在角度上隔开45°。
根据一些实施例，每个偏压电极包括棒形电极；其中第一对偏压电极平行延伸；以及其中第二对偏压电极平行延伸。
根据一些实施例，霍尔传感器包括：偏压模块，配置用于有选择地应用在第一对偏压电极中的偏压电极之间和在第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流；以及读出模块，配置用于有选择地感测在第一对感测电极中的感测电极之间和在第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压。
根据一些实施例，霍尔传感器包括相位发生器，相位发生器与偏压模块和读出模块耦合，并且配置用于产生偏压模块和读出模块的相互地分时段操作。
根据一些实施例，偏压模块被配置用于有选择地改变在第一对偏压电极中的偏压电极之间和在第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流的方向。
一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：例如高达1MHz的高带宽无损电流感测变成可能，抑制地球磁场，测量数据的压缩感测，通过调节电流镜的方式进行感测以实现在传感器上的高电压降，包含两个对称通道的模拟读出电路可以使用运算放大器偏移的自动调零在两个垂直方向上获取霍尔电压，以及在旋转频率处小的偏移感应纹波。
附图说明
图1是根据本公开的霍尔效应感测的示意图。
图2是根据本公开的霍尔传感器的示意图。
图3是根据本公开的霍尔传感器的定时图。
图4是根据本公开的定时(分阶段)信号生成的示意图。
图5是根据本公开的偏压电流生成的示意图。
图6是根据本公开的信号感测的示意图。
具体实施方式
在本说明书中，说明了一个或多个具体细节，目的在于提供对实施例的示例的深入理解。可以在没有具体细节中的一个或多个具体细节的情况下，或者在具有其他方法、组件、材料等的情况下，获得实施例。在其他情况下，没有详细地说明或描述已知结构、材料或操作，从而实施例的某些方面不会被模糊。
本说明书的框架中提及“实施例”或“一个实施例”旨在于指示联系实施例描述的特定配置、结构或特性被包含在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的一点或多点的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”之类的短语，不一定涉及同一个实施例。此外，特定构造、结构或特性可以以任何适当的方式被组合在一个或多个实施例中。本文中使用的附图标记仅仅为了方便而提供，且因此不限定保护范围或实施例的范围。
一个或多个实施例可以应用于用于在汽车行业和其他工业应用中使用(例如速度探测、无损电流感测等)的高带宽霍尔传感器系统。根据一个或多个实施例，通过具有下文中阐述的特征的霍尔传感器的方式来实现这样的目标。一个或多个实施例还可以涉及对应的感测方法和设备。例如，一个或多个实施例可以实现“旋转”电流方案，以便减少偏移。
一个或多个实施例可以包含例如具有分立触点的八角形的霍尔感测元件，其中感测信号读出可以在两个正交方向上获取霍尔电压的两个通道上。在一个或多个实施例中，模拟输出可以被数字化有通过压缩感测算法压缩的数据。
一个或多个实施例可以提供以下优点中的一个或多个：例如高达1MHz的高带宽无损电流感测变成可能，抑制地球磁场，测量数据的压缩感测，通过调节电流镜的方式进行感测以实现在传感器上的高电压降，包含两个对称通道的模拟读出电路可以使用运算放大器偏移的自动调零在两个垂直方向上获取霍尔电压，以及在旋转频率处小的偏移感应纹波。一个或多个实施例可以提供通过外部时钟的频率fck(例如通过B＝fck/32)来动态改变获取带宽(例如B)的能力。
在图1中，附图标记1表示例如厚度t的平面霍尔感测元件，其可以包含半导体材料，从而包含例如适当地叠置在P型轻掺杂区域之上的用作霍尔感测部分的N型掺杂区域。来自源2的应用在两个偏压电极3、4之间的电压Vdd可以使得偏压电流流过具有宽度W的感测元件1，两个偏压电极3、4相互平行地布置在距离L处。
在横向于平面感测元件1应用的磁场B存在的情况下，霍尔电压VH可以在感测元件1的两端、横向于偏压电极3和4之间的偏压电流IBIAS的流动方向来感测，偏压电流IBIAS表示磁场B的强度，例如其中VH与RH B IBIAS/t成比例，其中RH被称为霍尔电阻。另外霍尔传感器的基本工作原理是本领域普通技术人员已知的，这使得在此不必要提供更详细的描述。各种实施方式可以通过手段在上述内容中概述的基本原理上扩展，例如扩展成“旋转”布置以便抵制诸如在霍尔传感器操作期间可以出现的偏移电压和/或纹波之类的缺点。这样的实施方式的示例是例如：A.Bilotti等人：“Monolithic Magnetic Hall Sensor UsingDynamic Quadrature Offset Cancellation”,IEEE Journal of Solid-State Circuits,Vol.32,No.6,June 1997,pp.829-835；J.Jiang等人：“A Continuous-Time RippleReduction Technique for Spinning-Current Hall Sensors”,IEEE Journal of Solid-State Circuits,Vol.49,No.7,July 2014,pp.1525-1533；以及Hioka等人的美国专利No.8466526。
如图2到图6所例示的一个或多个实施例可以包含平面霍尔感测元件10，其适于暴露于(横向的)磁场B，并且包含当由电流穿过时产生表示磁场的强度的霍尔电压的材料(例如半导体材料)。这样的感测元件的一般工作原理先前结合图1已经讨论过。
在一个或多个实施例中，平面感测元件10可以具有设置在其上(通过典型方法)的偏压电极B1、B2、B3、B4的集和感测电极S1、S2、S3、S4的集。在一个或多个实施例中，感测元件10可以整体具有八角形的形状。另外，将要理解的是这样的形状不是强制的，而是可选的。
在一个或多个实施例中，偏压电极的布置可以包含：第一对偏压电极B1、B2，其在第一方向D1上跨感测元件10相互相对；以及第二对偏压电极B3、B4，其在第二方向D2上跨感测元件10相互相对，其中第二方向D2正交于第一方向D1，以便可以说，根据十字形图案布置偏压电极B1、B2、B3、B4。在一些实施例中，感测电极的布置可以包含：第一对感测电极S1、S3，其在第三方向D3上跨感测元件10相互相对；以及第二对感测电极S2、S4，其在第四方向D4上跨感测元件10相互相对，其中第四方向D4正交于第三方向D3。
相似于偏压电极B1到B4，感测电极S1到S4因此可以根据十字形图案来布置。如图2中看到的，在图2中明确指示了方向D1到D4(为了简易，这些未在其他图中表示)，第三和第四方向D3、D4相对于第一和第二方向D1、D2转动45°，因此，在一个或多个实施例中，感测电极S1到S4中的每一个感测电极可以布置在第一对偏压电极B1、B2和第二对偏压电极B3、B4之间。
例如，在一些实施例中，感测电极S1可以布置在偏压电极B1(第一对)和偏压电极B3(第二对)之间；感测电极S2可以布置在偏压电极B3(第二对)和偏压电极B2(第一对)之间；感测电极S3可以布置在偏压电极B2(第一对)和偏压电极B4(第二对)之间；以及感测电极S4可以布置在偏压电极B1(第一对)和偏压电极B4(第二对)之间。在一个或多个实施例中，偏压电极B1到B4是棒形电极，其中第一对中的偏压电极B1、B2相互平行地延伸。这也可以应用于第二对中的偏压电极B3和B4，再次其可以是棒形的，并且相互平行地延伸。
在一些实施例中，感测元件10可以耦合到偏压模块20，偏压模块20配置用于提供(如下文中更好地详述的)在第一对的电极B1、B2之间以及在第二对的偏压电极B3、B4之间的偏压电流。传感器还可以包含读出模块30，读出模块30(再次如下文中更好地详述的)被配置用于读取在第一对的感测电极(S1、S3)和第二对的感测电极(S2、S4)之间产生的霍尔电压。在一个或多个实施例中，偏压模块20可以由外部参考信号Rext驱动。在一些实施例中，读出模块30可以产生输出感测信号Vout。在一个或多个实施例中，相位发生器40可以被设置为耦合到偏压模块20和读出模块30，以用于产生偏压模块20和读出模块30的相互分时段操作(即，时间协调操作)。在一些实施例中，这可以涉及例如第一、第二、第三和第四偏压阶段CK<1:4>与第一、第二、第三和第四感测(即，读出)阶段PH<1:4>相互地协调。
如下文中更好地详述的，在一个或多个实施例中，偏压模块20可以被配置用于有选择地改变在第一对的偏压电极B1、B2和第二对的偏压电极B3、B4之间的偏压电流的方向。换句话说，偏压电流可以在第一方向上从电极B1流动到电极B2，以及还可以在第二相反的方向上从电极B2流动到电极B1。相似地，偏压电流可以在第一方向上从电极B3流动到电极B4，以及还可以在第二相反的方向上从电极B4流动到电极B3。
在一些实施例中，相位发生器40可以由时钟信号CLK驱动，例如时钟信号CLK来源于包含如本文中例示的霍尔传感器的电子设备的系统时钟发生器。在一个或多个实施例中，相位发生器40可以生成分别地用于偏压模块20和读出模块30的相互分阶段的驱动信号。在一些实施例中，这些驱动信号可以包含具有50％占空比的方波信号CK1、CK3，信号CK1、CK3是相互“正交”的，即相互90°偏移。
时钟信号CK1、CK3可以用于在偏压模块20内生成驱动信号CK1、CK2、CK3、CK4的集，其中CK2是CK1的逻辑互补(即CK1负(CK1neg))，以及CK4是CK3的逻辑互补(即CK3负(CK3neg))。驱动信号CK1、CK2、CK3、CK4可以被应用于根据图5中所示的示例性配置来布置的开关61、62、63、64的集(例如诸如MOSFET之类的电子开关)，所以可以使得如由可能经由输入Rext控制的电流发生器65提供的偏压电流在电极B1、B2(第一对)和B3、B4(第二对)之间流动。在一个或多个实施例中，电流发生器65可以是适于在供应电压Vdd下操作的固态电流发生器(例如电流镜或电流发生器)。在一些实施例中，当对应的驱动信号(如图5所示CK1、CK2、CK3、CK4)是“高”的时，八个开关61、62、63、64可以被认为是“开”(即传导)，并且然后当相应驱动信号CK1、CK2、CK3、CK4是“低”的时，八个开关61、62、63、64可以被认为是“关”(即不传导)。
在图5的示例性配置中，开关61、62、63、64被布置成一种“全桥”布置，以便在电极B1、B2和B3、B4之间的偏压电流的流动方向可以作为CK1、CK2、CK3、CK4的逻辑值(“高”或“低”)的函数来反转。在一个或多个实施例中，这样的布置可以允许根据以下模式实现(以周期的方式)四个偏压阶段CK<1:4>：在第一偏压阶段(阶段1)CK1和CK4是高的，以及CK2和CK3是低的，以便来自发生器65的偏压电流将从触点B1到触点B2以及从触点B4到触点B3流动；在第二偏压阶段(阶段2)CK1仍是高的，其中CK2仍是低的，CK4切换到低的而CK3切换到高的；因此，偏压电流将如之前那样继续从B1到B2流动，而在第二对的电极之间的偏压电流的方向将被改变，其中现在电流从B3到B4流动；在随后的第三偏压阶段(阶段3)中CK2和CK3是高的，而CK1和CK4是低的；偏压电流将如之前那样继续从B3到B4流动，而在第一对的电极之间的偏压电流的方向将被改变，其中现在电流从B2到B1流动；最后，在第四偏压阶段(阶段4)期间CK2和CK4是高的，而CK1和CK3是低的，并且电流将从B2到B1和从B4到B3流动。
更一般地，在如先前讨论的第一、第二、第三和第四偏压阶段期间：在第一对中的偏压电极(即B1、B2)之间的偏压电流将在第一和第二偏压阶段期间在一个方向上，并且在第三和第四偏压阶段内在相反的方向上；并且第二对的偏压电极(即B3和B4)之间的偏压电流将在第一和第四偏压阶段期间在一个方向上，并且在第二和第三偏压阶段内在相反的方向上。图4是简易的组合网络的示例，其包含四个逻辑产品(与门)71、72、73、74，四个逻辑产品(与门)71、72、73、74适于被馈送有信号CK1、CK2、CK3、CK4以生成四个时钟信号Ph1、Ph2、Ph3、Ph4，如图6中的，四个时钟信号Ph1、Ph2、Ph3、Ph4适于操作读出模块30内的对应开关81到86。
另外将被理解的是，虽然在图2的示意图中为了简易表示为独立的模块，但是偏压模块20、读出模块30和相位发生器40可以实际上被合并为单个电路，该单个电路适于产生(以本身已知的方式)用于图5的开关61到64的驱动信号CK1到CK4以及用于图6的开关81到86的驱动信号Ph1到Ph4。特定应用要求可以指定用于不同地划分这些各种电路元件的选项。在一些实施例中，读出模块30可以包含第一和第二检测器31和32，以便例如差分地感测在第一对的感测电极S1、S3之间(差分检测器31)和在第二对的感测电极S2、S4之间(差分检测器32)的霍尔电压。
在一个或多个实施例中，差分检测器31、32可以包含差分差值放大器(DDA)，除被馈送有来自感测电极S1、S3(第一对)和S2、S4(第二对)的霍尔电压的差分级外，差分差值放大器还包含闭合关于稳定共模电压Vcm的差分反馈的第二差分级。在一些实施例中，差分检测器(例如DDA)31、32可以包含输出非反相放大器，从而放大输入差分电压(例如乘以25)并且输出单端电压。例如，输入DDA可以呈现高增益以便将噪声减少为通常的偏移，可选地连同快速安定行为。
在一个或多个实施例中，来自差分检测器31、32的输出可以被馈送到例如开关电容器电路，开关电容器电路包含：两个电容器C110、C120，用于包含差分检测器31的第一感测通道；以及两个电容器C130、C140，用于包含差分检测器32的第二感测通道。在一些实施例中，讨论中的开关电容器电路可以意在当偏压电极B1、B2(第一对)和B3、B4(第二对)之间的电流的方向如前文所述反转时，将在第一对的感测电极S1、S3和第二对的感测电极S2、S4之间感测的相反极性的霍尔电压彼此相减。通过将这些相反极性的霍尔电压彼此相减而获得的电压然后可以电容性地储存在第二电容器C21(第一通道)和C22(第二通道)上。
再次，在一个或多个实施例中，开关81、82、83、84、85、86(例如诸如MOSFET之类的电子开关)当对应驱动信号(如图6中所示的Ph1、Ph2、Ph3、Ph4)是“高”的时可以被认为是“开”(即传导)，以及当相应的驱动信号Ph1、Ph2、Ph3、Ph4是“低”的时可以被认为是“关”(即不传导)。在一些实施例中，通过包含检测器31和32的两个感测通道产生的感测电压可以被馈送到另一非反相放大器级33，例如，该另一非反相放大器级33可以放大输入差分电压以用于特定增益，从而输出单端输出电压Vout。再次这可以是差分差值放大器(DDA)。
在一个或多个实施例中，输出电压Vout可以受到在34的采样和保持(S&H)处理以及受到模拟到数字转换，可选地之后是在35的数字压缩。在一个或多个实施例中，放大器33的单个输入可以是外部可调节电压，从而补偿由放大器33引入的偏移，而共模电压Vcm被用于将直流电共模偏压设置为电压供应的一半。
如图2中例示的偏压模块20和读出模块30的分时段操作可以涉及与上文中考虑过的第一、第二、第三和第四偏压阶段相关(即时间协调)的第一、第二、第三和第四感测阶段。在一些实施例中，相应偏压和感测阶段因此可以重合，所以例如，在“接合”阶段1期间，偏压电流可以流入B1和B4，其中在S1和S3之间感测。这可以涉及例如，CK1＝CK4＝PH1＝1，其中所有其他信号等于0，其中随后阶段对应于一种顺时针“旋转”。
为了简易，这样的第一阶段可以被认为是在说明感测阶段的可能的周期序列中的起点。在那个阶段期间，通过将这样的电压保存在电容器C110上，第一感测通道(包含差分检测器31)可以放大在第一对的感测电极S1、S3之间的输入差分电压。在随后的第二感测阶段期间，包含检测器31的第一感测通道可以饱和，而第二感测通道(包含差分检测器32)可以放大在第二对的感测电极S2、S4之间的输入信号并且将这些保存在电容器C130上。在进一步随后的第三阶段，通过考虑在这点在电极S1、S3之间感测的输入电压的极性将被反转(由于在偏压电极B1、B2之间的电流方向的反转)，标记可返回到第一感测通道(包含第一差分检测器31)。这样的电压可以储存在电容器C120上，其中储存在电容器C110和C120上的电压之差适于被转移到(经由开关85)电容器C21上以电容性地储存在其上。
以刚刚针对在先前讨论的第三阶段期间的包含差分检测器31的第一感测通道描述的相同的方式，包含差分检测器32的第二感测通道可以操作在(由于感测阶段的周期模式)第四感测阶段期间，例如其中储存在电容器C130和C140上的电压的减法结果被转移和电容性地储存在电容器C22上。储存在电容器C21和C22上的电压差可以被采样、相减和通过放大器级33进行放大，从而具有例如4的增益。将理解的是，在本文中考虑的开关电容器电路还可以具有对输入差分检测器31、32的偏移自动调零的作用：事实上这样的差分检测器的偏移在不同阶段中不改变极性。通过正交测量，即通过从第一检测通道(包含差分检测器31)和第二感测通道(包含差分检测器32)的输出的减法，传感器偏移可以被抵消。
一个或多个实施例可以显著地减少“旋转”频率处出现的偏移感应纹波：一些实施例可以通过与旋转频率(其可以通过时钟信号CLK的频率来指定—见图2)同步地操作来实现该结果。还将理解的是，如上述中例示的操作可以独立于在第一对B1、B2和第二对B3、B4的偏压电极之间流动的偏压电流的实际方向，考虑到这样的方向如先前考虑的一样被改变，使得可以产生感测电压的极性的对应改变。也就是说，尽管先前的讨论已经假设在第一和第二偏压阶段(阶段0、阶段1)期间电流例如从电极B1到电极B2流动，但是如果在相同的阶段期间电流将要从电极B2流到电极B1，对操作将不会有不利的影响，上述还适用于在电极B1和B4之间流动的偏压电流。
在不损害底层原理的情况下，相对于仅通过示例的方式所描述的内容，细节和实施例可以改变，甚至是显著的改变，而不脱离保护的范围。通过所附权利要求来限定保护范围。

Claims (17)

1.一种霍尔传感器，其特征在于，包括：
霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压；
第一对偏压电极，在第一方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；
第二对偏压电极，在第二方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第二方向正交于所述第一方向；
第一对感测电极，在第三方向上跨所述霍尔感测元件相互相对；以及
第二对感测电极，在第四方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第四方向正交于所述第三方向，每个感测电极处于所述第一对偏压电极中的偏压电极和所述第二对偏压电极中的偏压电极之间。
2.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于，其中所述第三方向和所述第四方向分别与所述第一方向和所述第二方向在角度上隔开45°。
3.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于，其中每个偏压电极包括棒形电极；其中所述第一对偏压电极平行延伸；以及其中所述第二对偏压电极平行延伸。
4.根据权利要求1所述的霍尔传感器，其特征在于，进一步包括：
偏压模块，配置用于有选择地应用在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流；以及
读出模块，配置用于有选择地感测在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压。
5.根据权利要求4所述的霍尔传感器，其特征在于，进一步包括相位发生器，所述相位发生器与所述偏压模块和所述读出模块耦合，并且配置用于产生所述偏压模块和所述读出模块的相互地分时段操作。
6.根据权利要求4所述的霍尔传感器，其特征在于，其中所述偏压模块被配置用于有选择地改变在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流的方向。
7.根据权利要求4所述的霍尔传感器，其特征在于，其中所述读出模块包括配置用于差分地感测在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压的第一差分检测器和第二差分检测器。
8.根据权利要求7所述的霍尔传感器，其特征在于，其中所述读出模块包括第一减法单元和第二减法单元，所述第一减法单元和所述第二减法单元耦合到所述第一差分检测器和所述第二差分检测器，以及配置用于将在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间感测的相反极性的霍尔电压彼此相减。
9.根据权利要求8所述的霍尔传感器，其特征在于，其中所述第一减法单元和所述第二减法单元各自包括开关电容器电路。
10.根据权利要求8所述的霍尔传感器，其特征在于，进一步包括配置用于储存从所述第一减法单元和所述第二减法单元获得的霍尔电压的第一电容器电路和第二电容器电路。
11.根据权利要求10所述的霍尔传感器，其特征在于，进一步包括：采样和保持电路，配置用于对来自所述第一电容器电路和所述第二电容器电路的霍尔电压进行采样；以及模拟到数字电路，配置用于转换来自所述采样和保持电路的霍尔电压并且压缩所述霍尔电压。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
电路；以及
霍尔传感器，耦合到所述电路并且包括：
霍尔感测元件，配置用于当由电流穿过时产生指示磁场的霍尔电压，
第一对偏压电极，在第一方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，
第二对偏压电极，在第二方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第二方向正交于所述第一方向，
第一对感测电极，在第三方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，以及
第二对感测电极，在第四方向上跨所述霍尔感测元件相互相对，所述第四方向正交于所述第三方向，每个感测电极处于所述第一对偏压电极中的偏压电极和所述第二对偏压电极中的偏压电极之间。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，其中所述第三方向和所述第四方向分别与所述第一方向和所述第二方向在角度上隔开45°。
14.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，其中每个偏压电极包括棒形电极；其中所述第一对偏压电极平行延伸；以及其中所述第二对偏压电极平行延伸。
15.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，其中所述霍尔传感器包括：
偏压模块，配置用于有选择地应用在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流；以及
读出模块，配置用于有选择地感测在所述第一对感测电极中的感测电极之间和在所述第二对感测电极中的感测电极之间的霍尔电压。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，其中所述霍尔传感器包括相位发生器，所述相位发生器与所述偏压模块和所述读出模块耦合，并且配置用于产生所述偏压模块和所述读出模块的相互地分时段操作。
17.根据权利要求15所述的电子设备，其特征在于，其中所述偏压模块被配置用于有选择地改变在所述第一对偏压电极中的偏压电极之间和在所述第二对偏压电极中的偏压电极之间的偏压电流的方向。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106404007A (zh) * 2015-07-28 2017-02-15 意法半导体股份有限公司 霍尔传感器和感测方法以及对应设备

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201700071213A1 (it) 2017-06-26 2018-12-26 St Microelectronics Srl Circuito di lettura per sensori hall, dispositivo e procedimento corrispondenti
US10177304B1 (en) * 2017-08-01 2019-01-08 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Hall effect sensor with enhanced sensitivity and method for producing the same
US10663535B2 (en) * 2018-07-09 2020-05-26 Infineon Technologies Ag Hall sensor with interleaved and/or sliding averaged/summed spinning phases
IT201800007246A1 (it) 2018-07-17 2020-01-17 Sensore di hall, dispositivi e procedimento corrispondenti
DE102018118028B3 (de) * 2018-07-25 2019-11-21 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb von vertikalen Hall-Sensor-Platten mit erhöhter Empfindlichkeit auf Basis eines p-Substrates
DE102018118030B3 (de) * 2018-07-25 2019-11-21 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb von vertikalen Hall-Sensor-Platten mit erhöhter Empfindlichkeit auf Basis eines n-Substrates
US20230236267A1 (en) * 2022-01-27 2023-07-27 Nxp Usa, Inc. Sensor calibration circuit
CN115728536A (zh) * 2022-10-18 2023-03-03 苏州纳芯微电子股份有限公司 电流传感器、用电设备及电流量测方法
CN115523945B (zh) * 2022-11-28 2023-05-05 苏州纳芯微电子股份有限公司 传感器电路及具有其的用电设备
CN117279481B (zh) * 2023-11-23 2024-02-09 深圳市晶扬电子有限公司 一种高性能垂直型霍尔器件

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0704710B1 (en) * 1994-09-29 2003-02-05 Ramesh, G. Mani, Dr. Method for compensating the piezoresistive offset voltage in doubly connected Hall effect devices based on silicon
DE19839446A1 (de) 1998-08-29 2000-03-02 Bosch Gmbh Robert Anordnung zur Drehwinkelerfassung eines drehbaren Elements
JP4415923B2 (ja) * 2005-09-30 2010-02-17 Ｔｄｋ株式会社 電流センサ
GB0620307D0 (en) * 2006-10-16 2006-11-22 Ami Semiconductor Belgium Bvba Auto-calibration of magnetic sensor
WO2008070765A2 (en) 2006-12-06 2008-06-12 Case Western Reserve University Light-sensitive constructs for inducing cell death and cell signaling
EP2000814B1 (en) * 2007-06-04 2011-10-26 Melexis NV Magnetic field orientation sensor
GB0723973D0 (en) * 2007-12-07 2008-01-16 Melexis Nv Hall sensor array
US8093891B2 (en) * 2009-03-02 2012-01-10 Robert Bosch Gmbh Vertical Hall Effect sensor
JP5815986B2 (ja) 2010-07-05 2015-11-17 セイコーインスツル株式会社 ホールセンサ
US8829900B2 (en) * 2011-02-08 2014-09-09 Infineon Technologies Ag Low offset spinning current hall plate and method to operate it
EP2490036B1 (de) 2011-02-18 2013-08-28 Melexis Technologies NV Stresssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen in einem Halbleiterchip und stresskompensierter Hallsensor
US9035671B2 (en) * 2011-07-06 2015-05-19 Everspin Technologies, Inc. Probe card and method for testing magnetic sensors
US9279865B2 (en) * 2012-05-09 2016-03-08 Everspin Technologies, Inc. Method and structure for testing and calibrating three axis magnetic field sensing devices
US9217783B2 (en) * 2012-09-13 2015-12-22 Infineon Technologies Ag Hall effect device
KR102019514B1 (ko) * 2013-06-28 2019-11-15 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 기반의 홀 센서
CN104535087B (zh) * 2014-12-26 2017-06-09 上海集成电路研发中心有限公司 霍尔元件及霍尔元件结构
ITUB20152562A1 (it) 2015-07-28 2017-01-28 St Microelectronics Srl Procedimento di funzionamento di sensori di hall e dispositivo corrispondente

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106404007A (zh) * 2015-07-28 2017-02-15 意法半导体股份有限公司 霍尔传感器和感测方法以及对应设备
CN106404007B (zh) * 2015-07-28 2019-01-11 意法半导体股份有限公司 霍尔传感器和感测方法以及对应设备
US10571531B2 (en) 2015-07-28 2020-02-25 Stmicroelectronics S.R.L. Hall sensor and sensing method, and corresponding device

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