CN206099929U - 一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器 - Google Patents
一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，包括偏置电路、霍尔盘、斩波放大器、失调消除比较电路、电压/温度/工艺补偿电路、迟滞控制电路、逻辑综合&时序控制电路、输出电路；解决由于传统比较器自身失调电压的存在而引起传感器电路的误判的问题，提高霍尔传感器的精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成电路领域，特别涉及一种霍尔开关传感器。
背景技术
一般霍尔开关传感器电路均会采用迟滞比较器电路，然而传统的比较器电路均存在着一定的失调电压，输入失调电压与集成电路的制造工艺，包括硅材料自身的缺陷、芯片版图的布局、生产工艺的偏差、封装打线的应力等方面存在一定的相关性。该失调电压对霍尔传感器的精度产生一定的影响，因此需要采用电路技术进行补偿或者消除，以达到精确比较和信号处理的目的。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，解决由于传统比较器自身失调电压的存在而引起传感器电路的误判的问题，提高霍尔传感器的精度。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，包括偏置电路、霍尔盘、斩波放大器、失调消除比较电路、电压/温度/工艺补偿电路、迟滞控制电路、逻辑综合&时序控制电路、输出电路；
所述偏置电路输入口接修调阵列的输出，输出与所述霍尔盘连接，根据修调阵列的输出产生偏置电压和偏置电流，并传送至所述霍尔盘；
所述霍尔盘，与所述斩波放大器相连，用于感应外部的磁场，将磁场信号转化为电信号，所述霍尔盘根据所述偏置电路提供的偏置电压和偏置电流，采用电压偏置或电流偏置，通过旋转电流法将磁信号转为电信号输入到斩波放大器；
所述斩波放大器，与所述失调消除比较电路相连，用于放大所述霍尔盘感应磁场输出的电信号，并传送至所述失调消除比较电路；
所述失调消除比较电路，与所述对所述斩波放大器输出的放大信号进行比较，并消除失调消除比较电路自身的失调电压，输出比较信号，并传送至所述逻辑综合&时序控制电路；
所述逻辑综合&时序控制电路，分别与所述迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘、输出电路相连，根据所述比较信号输出逻辑和时序控制信号，并将所述时序控制信号分别传送至所述迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘，将逻辑控制信号传送至所述输出电路；
所述输出电路，与复用端口模块相连，用于驱动逻辑控制信号，并传送至复用端口模块；
所述迟滞控制电路的输入端，与修调阵列、逻辑综合&时序控制电路相连；迟滞控制电路的输出端，与所述失调消除比较电路相连，根据所述时序控制信号和修调阵列的输出信号，产生迟滞控制信号，并传送至所述失调消除比较电路；
所述电压/温度/工艺补偿电路的输入口接修调阵列的输出，输出分别与所述偏置电路、斩波放大电路、迟滞控制电路相连，根据修调阵列的输出信号，对偏置电路、斩波放大电路增益、迟滞控制电路的迟滞量进行补偿。
优选地，所述失调消除比较电路包括电源、偏置单元、电流源控制电路、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、失调电压消除电路、输出驱动电路；
所述电源，与所述偏置单元、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、输出驱动电路相连，用于供电；
所述偏置单元的输出端，分别与所述失调电压消除电路和第一级放大电路的输入端相连，用于为所述失调电压消除电路和第一级放大电路提供偏置电压；
所述电流源控制电路的输入端，与所述逻辑综合&时序控制电路的输出端口相连；电流源控制电路的输出端，与所述第一级放大电路相连；用于根据所述逻辑综合&时序控制模块的输出控制信号，控制电流源灌入所述第一级放大电路的输入对；
所述第一级放大电路的输入端，与外部输入对信号端口相连，第一级放大电路的输出端与所述第二级放大电路的输入端相连，用于增大比较器的输出摆率、输出失调电压，并将所述失调电压传送至所述第二级放大电路；
所述第二级放大电路的输出端，与所述第三级放大电路的输入端相连，用于对所述失调电压进行放大，并将放大后的失调电压传送至所述第三级放大电路；
所述第三级放大电路的输出端，分别与所述失调电压消除电路和输出驱动电路相连，用于对所述失调电压进行跨导运算放大后，输出失调电压，并反馈至所述失调电压消除电路的输入端；
所述失调电压消除电路的输出端与所述第一级放大电路的输入端相连，用于对所述偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至所述第一级放大电路；
所述输出驱动电路外接输出端口，用于驱动输出经过失调消除的电压。
优选地，所述失调电压消除电路包括失调电压存储单元、失调电压消除单元；
所述失调电压存储单元的输入端，分别与所述偏置电路和第三级放大电路的输出端口相连，所述失调电压存储单元的输出端与所述失调电压消除单元连接，用于存储偏置电压和失调电压；
所述失调电压消除单元输出端，与所述第一级放大电路相连，用于对所述偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至所述第一级放大电路。
优选地，所述失调电压消除单元包括差分对PMOS管和电流源一，所述电流源一与所述差分对PMOS管串联。
优选地，所述第一级放大电路包括输入对PMOS管二、输入对PMOS管三、控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六、电流源二、电流源三、电阻一、电阻二、电阻三；
所述输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别连接外部输入对信号的负输入端和正输入端；所述输入对信号的负输入端和输入对PMOS管二的栅极之间设有所述控制开关五；所述输入对信号的正输入端和输入对PMOS管三的栅极之间设有所述控制开关六；所述电源与输入对PMOS管二的源极之间设有所述电流源二；所述电源与输入对PMOS管三的源极之间设有所述电流源三；所述输入对PMOS管三的源极和所述输入对PMOS管三的源极之间设有所述电阻一；所述输入对PMOS管二的栅极与所述偏置电路之间设有所述控制开关三；所述输入对PMOS管三的栅极与所述偏置电路之间设有所述控制开关四；
所述输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别为比较器的负输入端和正输入端，控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六为失调消除控制开关；电流源二和电流源三分别为所述第一级放大电路提供偏置电流，电阻二和电阻三作为所述第一级放大电路的负载，电阻一为输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的源极负反馈电阻。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，解决由于传统比较器自身失调电压的存在而引起传感器电路的误判的问题，提高霍尔传感器的精度。
附图说明
图1是本实用新型的系统框图；
图2是本实用新型失调消除比较电路的系统框图；
图3是本实用新型的失调电压消除电路的简化示意图；
图4是本实用新型的实施方式示意图；
图5是本实用新型的开关控制信号时序的实施方式示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，包括偏置电路、霍尔盘、斩波放大器、失调消除比较电路、电压/温度/工艺补偿电路、迟滞控制电路、逻辑综合&时序控制电路、输出电路；
偏置电路输入口接修调阵列的输出，输出与霍尔盘连接，根据修调阵列的输出产生偏置电压和偏置电流，并传送至霍尔盘；
霍尔盘，与斩波放大器相连，用于感应外部的磁场，将磁场信号转化为电信号，霍尔盘根据偏置电路提供的偏置电压和偏置电流，采用电压偏置或电流偏置，通过旋转电流法将磁信号转为电信号输入到斩波放大器；
斩波放大器，与失调消除比较电路相连，用于放大霍尔盘感应磁场输出的电信号，并传送至失调消除比较电路；
失调消除比较电路，与对斩波放大器输出的放大信号进行比较，并消除失调消除比较电路自身的失调电压，输出比较信号，并传送至逻辑综合&时序控制电路；
逻辑综合&时序控制电路，分别与迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘、输出电路相连，根据比较信号输出逻辑和时序控制信号，并将时序控制信号分别传送至迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘，将逻辑控制信号传送至输出电路；
输出电路，与复用端口模块相连，用于驱动逻辑控制信号，并传送至复用端口模块；
迟滞控制电路的输入端，与修调阵列、逻辑综合&时序控制电路相连；迟滞控制电路的输出端，与失调消除比较电路相连，根据时序控制信号和修调阵列的输出信号，产生迟滞控制信号，并传送至失调消除比较电路；
电压/温度/工艺补偿电路的输入口接修调阵列的输出，输出分别与偏置电路、斩波放大电路、迟滞控制电路相连，根据修调阵列的输出信号，对偏置电路、斩波放大电路增益、迟滞控制电路的迟滞量进行补偿。
各模块的工作原理如下：
1.偏置电路：为芯片的各个模块提供偏置电压和偏置电流；
2.霍尔盘：感应外部的磁场，将磁场信号转化为电信号。霍尔盘的偏置方式可采用电压偏置或者电流偏置，并采用旋转电流法，将磁信号转为电信号输入到斩波放大器；
3.斩波放大器：放大霍尔盘感应磁场输出的微弱信号，并消除部分噪声和失调；
4.失调消除比较电路：斩波放大的磁场信号，进行比较，并消除比较器电路自身的失调电压；
5.迟滞控制：对失调消除比较电路进行迟滞控制，防止外部磁场抖动而引起误判；
6.电压/温度/工艺补偿：对偏置电路、斩波放大电路增益、迟滞控制的迟滞量由于供电电压、温度变化和工艺偏差引起的漂移进行补偿，稳定传感器的磁灵敏度；
7.逻辑综合和时序控制：提供各个模块逻辑控制信号和时序控制信号；
8.输出：信号输出驱动。
如图2所示，失调消除比较电路包括电源、偏置单元、电流源控制电路、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、失调电压消除电路、输出驱动电路；
电源，与偏置单元、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、输出驱动电路相连，用于供电；
偏置单元的输出端，分别与失调电压消除电路和第一级放大电路的输入端相连，用于为失调电压消除电路和第一级放大电路提供偏置电压；
电流源控制电路的输入端，与逻辑综合&时序控制电路的输出端口相连；电流源控制电路的输出端，与第一级放大电路相连；用于根据逻辑综合&时序控制模块的输出控制信号(Kh1和Kh2)，控制电流源灌入第一级放大电路的输入对PMOS管MP2和MP3，使差分对的偏置电流不平衡，从而产生迟滞效果；
第一级放大电路的输入端，与外部输入对信号端口相连；第一级放大电路的输出端与第二级放大电路的输入端相连，用于增大比较器的输出摆率、输出失调电压，并将失调电压传送至第二级放大电路；
第二级放大电路，与第二级放大电路相连，用于对失调电压进行放大，并将放大后的失调电压传送至第三级放大电路；
第三级放大电路，与失调电压消除电路和输出驱动电路相连，用于对失调电压进行跨导运算放大后，输出失调电压，并反馈至失调电压消除电路的输入端；
失调电压消除电路的输出端与第一级放大电路的输入端相连，用于对偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至第一级放大电路；
输出驱动电路外接输出端口，用于驱动输出经过失调消除的电压。
如图3所示，失调电压消除电路包括失调电压存储单元、失调电压消除单元；
失调电压存储单元的输入端，分别与偏置电路和第三级放大电路的输出端口相连，失调电压存储单元的输出端与失调电压消除单元连接，用于存储偏置电压和失调电压；
失调电压消除单元输出端，与第一级放大电路相连，用于对偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至第一级放大电路。
如图4所示，失调电压消除单元包括差分对PMOS管和电流源一，电流源一与差分对PMOS管串联。
第一级放大电路包括输入对PMOS管二、输入对PMOS管三、控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六、电流源二、电流源三、电阻一、电阻二、电阻三；
输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别连接外部输入对信号的负输入端和正输入端；输入对信号的负输入端和输入对PMOS管二的栅极之间设有控制开关五；输入对信号的正输入端和输入对PMOS管三的栅极之间设有控制开关六；电源与输入对PMOS管二的源极之间设有电流源二；电源与输入对PMOS管三的源极之间设有电流源三；输入对PMOS管三的源极和输入对PMOS管三的源极之间设有电阻一；输入对PMOS管二的栅极与偏置电路之间设有控制开关三；输入对PMOS管三的栅极与偏置电路之间设有控制开关四；
输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别为比较器的负输入端和正输入端，控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六为失调消除控制开关；电流源二和电流源三分别为第一级放大电路提供偏置电流，电阻二和电阻三作为第一级放大电路的负载，电阻一为输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的源极负反馈电阻。
输入对PMOS管MP2和MP3的栅极分别为比较器的负输入端和正输入端，开关K5、K6、K3、K4为失调消除控制开关；电流源I2和I3分别提供偏置电流，电阻R2和R3作为其负载，电阻R1为MP2和MP3的源极负反馈电阻，减小了输入对管的等效跨导，因此增大了比较器的输出摆率，提高了比较速度，以上构成电压比较器的第一级放大电路。
PMOS管MP4和MP5为差分输入对管，其尾电流由电流源I4提供，电阻R4和R5为其负载，构成电压比较器的第二级放大电路。
PMOS管MP8和MP9为差分输入对管，其尾电流由电流源I5提供，NMOS管MN0、MN1、MN2、MN3和PMOS管MP6、MP7为有源负载，整体构成跨导运算放大器，为电压比较器的第三级放大电路。
NMOS管MN4和电流源I6构成电压比较器的第四级-输出级。
差分对PMOS管MP0、MP1和电流源I1为失调电压消除单元，失调电压由开关K0、K1和K2的控制储存于电容C0和C1，再通过MP0和MP1的漏端叠加至电压比较器第一级放大电路输入对管MP2和MP3的漏端进行消除。
电流源I0和电阻R0为比较器在进行失调消除时提供固定偏置电压。
Kh1、Kh2为逻辑综合和时序控制模块输出的控制开关信号，Ih1、Ih2为偏置电路产生的电流源，逻辑综合和时序控制模块根据失调消除比较电路的输出，产生控制信号Kh1和Kh2，来选择将电流源Ih1或者Ih2灌入输入对PMOS管MP2和MP3，使差分对的偏置电流不平衡，从而产生迟滞效果。
如图5所示，为失调消除时开关K0～K6的控制信号时序示意图，当信号为高电平时，代表开关导通，信号为低电平时，代表开关断开。
以下说明电压比较器失调电压消除的工作原理：
1.先将K0/K1/K2/K3/K4信号设为高电平，K5/K6为低电平，则电容C0、C1上的电压被置为相等，in+和in-端的外部输入信号和比较器的输入差分对MP2和MP3的栅极断开；
2.K0信号变为低电平，K1/K2/K3/K4信号维持为高电平，K5/K6维持为低电平，比较器的输入差分对MP2和MP3的栅极电位为相同的共模电平，均等于电阻R0上端的电位，如果比较器存在失调，则该失调电压由NMOS管MN3的漏端输出，通过开关K1存储在电容C0上，R0的上端电位则通过开关K2存储在电容C1上；K0信号维持为低电平，K1/K2/K3/K4信号变为低高电平，K5/K6变为高电平，此时in+和in-端的外部输入信号和比较器的输入差分对MP2和MP3的栅极导通，外部比较信号进入比较器，对这两个信号的电平进行比较，并从MP2和MP3的漏端叠加原先存储在电容C0、C1上比较器的失调电压，达到消除失调的目的，提高比较精度。
上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。
Claims (5)
1.一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，其特征在于：包括偏置电路、霍尔盘、斩波放大器、失调消除比较电路、电压/温度/工艺补偿电路、迟滞控制电路、逻辑综合&时序控制电路、输出电路；
所述偏置电路输入口接修调阵列的输出，输出与所述霍尔盘连接，根据修调阵列的输出产生偏置电压和偏置电流，并传送至所述霍尔盘；
所述霍尔盘，与所述斩波放大器相连，用于感应外部的磁场，将磁场信号转化为电信号，所述霍尔盘根据所述偏置电路提供的偏置电压和偏置电流，采用电压偏置或电流偏置，通过旋转电流法将磁信号转为电信号输入到斩波放大器；
所述斩波放大器，与所述失调消除比较电路相连，用于放大所述霍尔盘感应磁场输出的电信号，并传送至所述失调消除比较电路；
所述失调消除比较电路，对所述斩波放大器输出的放大信号进行比较，并消除失调消除比较电路自身的失调电压，输出比较信号，并传送至所述逻辑综合&时序控制电路；
所述逻辑综合&时序控制电路，分别与所述迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘、输出电路相连，根据所述比较信号输出逻辑和时序控制信号，并将所述时序控制信号分别传送至所述迟滞控制电路、失调消除比较电路、斩波放大器、霍尔盘，将逻辑控制信号传送至所述输出电路；
所述输出电路，与复用端口模块相连，用于驱动逻辑控制信号，并传送至复用端口模块；
所述迟滞控制电路的输入端，与修调阵列、逻辑综合&时序控制电路相连；迟滞控制电路的输出端，与所述失调消除比较电路相连，根据所述时序控制信号和修调阵列的输出信号，产生迟滞控制信号，并传送至所述失调消除比较电路；
所述电压/温度/工艺补偿电路的输入口接修调阵列的输出，输出分别与所述偏置电路、斩波放大电路、迟滞控制电路相连，根据修调阵列的输出信号，对偏置电路、斩波放大电路增益、迟滞控制电路的迟滞量进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，其特征在于：所述失调消除比较电路包括电源、偏置单元、电流源控制电路、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、失调电压消除电路、输出驱动电路；
所述电源，与所述偏置单元、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、输出驱动电路相连，用于供电；
所述偏置单元的输出端，分别与所述失调电压消除电路和第一级放大电路的输入端相连，用于为所述失调电压消除电路和第一级放大电路提供偏置电压；
所述电流源控制电路的输入端，与所述逻辑综合&时序控制电路的输出端口相连；电流源控制电路的输出端，与所述第一级放大电路相连；用于根据所述逻辑综合&时序控制模块的输出控制信号，控制电流源灌入所述第一级放大电路的输入对；
所述第一级放大电路的输入端，与外部输入对信号端口相连；第一级放大电路的输出端与所述第二级放大电路的输入端相连，用于增大比较器的输出摆率、输出失调电压，并将所述失调电压传送至所述第二级放大电路；
所述第二级放大电路的输出端，与所述第三级放大电路的输入端相连，用于对所述失调电压进行放大，并将放大后的失调电压传送至所述第三级放大电路；
所述第三级放大电路的输出端，分别与所述失调电压消除电路和输出驱动电路相连，用于对所述失调电压进行跨导运算放大后，输出失调电压，并反馈至所述失调电压消除电路的输入端；
所述失调电压消除电路的输出端与所述第一级放大电路的输入端相连，用于对所述偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至所述第一级放大电路；
所述输出驱动电路外接输出端口，用于驱动输出经过失调消除的电压。
3.根据权利要求2所述的一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，其特征在于：所述失调电压消除电路包括失调电压存储单元、失调电压消除单元；
所述失调电压存储单元的输入端，分别与所述偏置电路和第三级放大电路的输出端口相连，所述失调电压存储单元的输出端与所述失调电压消除单元连接，用于存储偏置电压和失调电压；
所述失调电压消除单元输出端，与所述第一级放大电路相连，用于对所述偏置电压和失调电压进行叠加消除，并将消除结果传送至所述第一级放大电路。
4.根据权利要求3所述的一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，其特征在于：所述失调电压消除单元包括差分对PMOS管和电流源一，所述电流源一与所述差分对PMOS管串联。
5.根据权利要求4所述的一种采用失调电压消除迟滞比较电路的霍尔传感器，其特征在于：所述第一级放大电路包括输入对PMOS管二、输入对PMOS管三、控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六、电流源二、电流源三、电阻一、电阻二、电阻三；
所述输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别连接外部输入对信号的负输入端和正输入端；所述输入对信号的负输入端和输入对PMOS管二的栅极之间设有所述控制开关五；所述输入对信号的正输入端和输入对PMOS管三的栅极之间设有所述控制开关六；所述电源与输入对PMOS管二的源极之间设有所述电流源二；所述电源与输入对PMOS管三的源极之间设有所述电流源三；所述输入对PMOS管三的源极和所述输入对PMOS管三的源极之间设有所述电阻一；所述输入对PMOS管二的栅极与所述偏置电路之间设有所述控制开关三；所述输入对PMOS管三的栅极与所述偏置电路之间设有所述控制开关四；
所述输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的栅极分别为比较器的负输入端和正输入端，控制开关三、控制开关四、控制开关五、控制开关六为失调消除控制开关；电流源二和电流源三分别为所述第一级放大电路提供偏置电流，电阻二和电阻三作为所述第一级放大电路的负载，电阻一为输入对PMOS管二和输入对PMOS管三的源极负反馈电阻。
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