CN208849736U - 一种霍尔信号放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种霍尔信号放大电路,包括与电源连接的霍尔传感器模块,第一放大器,第二放大器,第三放大器,补偿模块,霍尔传感器模块的第一输出端和第一放大器的同相输入端连接,霍尔传感器模块的第二输出端和第一放大器的反相输入端连接,第一放大器的同相输出端分别与第二放大器的同相输出端及第三放大器的同相输入端连接,第一放大器的反相输出端分别与第二放大器的反相输出端及第三放大器的反相输入端连接,补偿模块的第一输出端与第二放大器的同相输入端连接,补偿模块的第二输出端与第二放大器的反相输入端连接。本实用新型通过补偿模块产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及放大器领域,特别是涉及一种霍尔信号放大电路。
背景技术
在对霍尔信号放大的过程中,受运放失调电压的影响,静态输出电压(零磁场情况下)不在中点电位,从而影响其在高精度的速度检测传感器、位置检测传感器中的应用。为了减小运放失调电压的影响,传统的霍尔信号放大电路一般采用参照图1所示的仪表放大器结构,包括用于输出霍尔信号的霍尔传感器模块01,第一运算放大器OPA1,第二运算放大器OPA2,第三运算放大器OPA3,第一电阻,第二电阻直至第七电阻,其中,第一电阻记为R0,第二电阻和第三电阻相同,均记为R01,第四电阻和第五电阻相同,均记为R02,第六电阻和第七电阻相同,均记为R03,这种对称结构虽能在一定程度上减小运放失调电压的影响,但并不能完全消除运放失调电压。为了达到抵消运放失调电压的效果,该霍尔信号放大电路在此结构的基础上还包括调整模块02,用于调整基准电压VREF的大小,从而抵消运放失调电压的影响,但是霍尔信号放大电路中的运放失调电压还会随温度变化而变化,考虑到运放失调电压温度系数与该放大电路中的热电压VT相关,难以通过单独电阻的温度系数进行抵消,因此,现有技术中的方案对霍尔放大电路中的运放失调电压并没有很好的温度补偿效果,无法保证静态输出电压在全温度工作范围内都有很高的精度。
因此,如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种霍尔信号放大电路,通过补偿模块产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用,使静态输出电压在全温度工作范围内都有很高的精度。
为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种霍尔信号放大电路,包括与电源连接的霍尔传感器模块,第一放大器,与所述第一放大器结构相同的第二放大器,第三放大器,补偿模块,其中:
所述霍尔传感器模块的第一输出端和所述第一放大器的同相输入端连接,所述霍尔传感器模块的第二输出端和所述第一放大器的反相输入端连接,所述第一放大器的同相输出端分别与所述第二放大器的同相输出端及所述第三放大器的同相输入端连接,所述第一放大器的反相输出端分别与所述第二放大器的反相输出端及所述第三放大器的反相输入端连接,所述补偿模块的第一输出端与所述第二放大器的同相输入端连接,所述补偿模块的第二输出端与所述第二放大器的反相输入端连接;
所述补偿模块,用于确定与热电压相关的基准电流,并根据所述基准电流及获取的输入失调电压,得到与所述输入失调电压大小相等、极性相反且与所述热电压相关的等效输入失调电压,并将所述等效输入失调电压输出至所述第二放大器。
优选的,所述补偿模块包括第一电阻,第二电阻,第三电阻,第四电阻,第五电阻,第一晶体管,第二晶体管,第三晶体管,第四晶体管,第五晶体管,第六晶体管,第七晶体管,第八晶体管,第九晶体管,第一熔断丝,第二熔断丝,其中:
所述第一电阻的第一端分别和所述第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接,其公共端与所述电源连接,所述第一电阻的第二端分别和所述第一晶体管的第一端、所述第一晶体管的控制端及所述第二晶体管的控制端连接,所述第一晶体管的第二端分别和所述第三晶体管的第一端及所述第四晶体管的控制端连接,所述第三晶体管的控制端分别和所述第四晶体管的第一端及所述第二晶体管的第二端连接,所述第四晶体管的第二端和所述第二电阻的第一端连接,所述第二晶体管的第一端分别和所述第五晶体管的第一端、所述第七晶体管的控制端、所述第八晶体管的控制端、所述第九晶体管的控制端连接,所述第五晶体管的第二端与所述第三电阻的第二端连接,所述第五晶体管的控制端分别和所述第七晶体管的第二端及所述第六晶体管的控制端连接,所述第六晶体管的第二端与所述第四电阻的第二端连接,所述第六晶体管的第一端分别与所述第八晶体管的第二端及所述第九晶体管的第二端连接,所述第八晶体管的第一端分别与所述第五电阻的第一端及所述第一熔断丝的第一端连接,其公共端作为所述补偿模块的第二输出端,所述第九晶体管的第一端分别与所述第五电阻的第二端及所述第二熔断丝的第一端连接,其公共端作为所述补偿模块的第一输出端,所述第三晶体管的第二端、所述第七晶体管的第一端及所述第二电阻的第二端均接地;
所述补偿模块还包括分别与所述第五电阻、所述第一熔断丝及所述第二熔断丝连接、用于调整所述第五电阻的阻值以控制所述第五电阻上的电压与所述输入失调电压大小相等、还用于控制所述第一熔断丝及所述第二熔断丝的熔断以控制所述等效输入失调电压与所述输入失调电压极性相反的控制单元;
所述第二电阻与所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻的类型相同。
优选的,所述第一放大器为第一跨导放大器,所述第二放大器为第二跨导放大器;
则该霍尔信号放大电路还包括:
第一端与所述第一跨导放大器的同相输出端连接、第二端与交流地连接的第六电阻;
第一端与所述第二跨导放大器的反相输出端连接、第二端与交流地连接的第七电阻。
优选的,所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器均包括第八电阻,第九电阻直至第十三电阻,第十晶体管,第十一晶体管直至第二十五晶体管,其中:
所述第八电阻的第一端分别与第十电阻的第一端、第十一电阻的第一端及第十二电阻的第一端连接,其公共端与所述电源连接,所述第八电阻的第二端分别与所述第十晶体管的第一端、所述第十晶体管的控制端及所述第十一晶体管的控制端连接,所述第十晶体管的第二端分别与第十二晶体管的第一端及第十三晶体管的控制端连接,所述第十二晶体管的控制端分别与所述第十三晶体管的第一端及所述第十一晶体管的第二端连接,所述第十三晶体管的第二端与所述第九电阻的第一端连接,所述第十一晶体管的第一端分别与第十五晶体管的控制端及第十四晶体管的第一端连接,所述第十四晶体管的第二端与所述第十电阻的第二端连接,所述第十四晶体管的控制端分别与所述第十五晶体管的第二端及第十六晶体管的控制端、第十七晶体管的控制端及第十八晶体管的控制端连接,所述第十六晶体管的第二端与所述第十一电阻的第二端连接,所述第十六晶体管的第一端分别与第十九晶体管的第一端、所述第十九晶体管的控制端、第二十晶体管的控制端及第二十一晶体管的控制端连接,所述第十七晶体管的第二端分别与所述第十八晶体管的第二端及所述第十二电阻的第二端连接,所述第十七晶体管的第一端分别与第二十二晶体管的第一端及第二十四晶体管的控制端连接,所述第十八晶体管的第一端分别与第二十三晶体管的第一端及所述第二十五晶体管的控制端连接,所述第二十二晶体管的第二端分别与所述第十三电阻的第一端、所述第二十四晶体管的第一端及所述第二十晶体管的第一端连接,所述第二十二晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输入端,所述第二十三晶体管的第二端分别与所述第二十五晶体管的第一端、所述第十三电阻的第二端及所述第二十一晶体管的第一端连接,所述第二十三晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输入端,所述第二十四晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输出端,所述第二十五晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输出端,所述第十二晶体管的第二端、所述第九电阻的第二端、所述第十五晶体管的第一端、所述第十九晶体管的第二端、所述第二十晶体管的第二端及所述第二十一晶体管的第二端均接地。
优选的,所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器均包括第十四电阻,第十五电阻,第十六电阻,第十七电阻,第十八电阻,第二十六晶体管,第二十七晶体管直至第四十一晶体管,其中:
所述第十四电阻的第一端分别与第三十晶体管的第二端、第三十二晶体管的第二端、第三十三晶体管的第二端及第三十四晶体管的第二端连接,其公共端与所述电源连接,所述第十四电阻的第二端分别与所述第二十六晶体管的第一端、所述第二十六晶体管的控制端及所述第二十七晶体管的控制端连接,所述第二十六晶体管的第二端分别与第二十八晶体管的第一端及第二十九晶体管的控制端连接,所述第二十八晶体管的控制端分别与所述第二十九晶体管的第一端及所述第二十七晶体管的第二端连接,所述第二十九晶体管的第二端与所述第十五电阻的第一端连接,所述第二十七晶体管的第一端分别与所述第三十晶体管的第一端、第三十一晶体管的控制端连接,所述第三十晶体管的控制端分别与所述第三十一晶体管的第二端、所述第三十二晶体管的控制端、所述第三十三晶体管的控制端及所述第三十四晶体管的控制端连接,所述第三十二晶体管的第一端分别与第三十五晶体管的第一端、所述第三十五晶体管的控制端、第三十六晶体管的控制端及第三十七晶体管的控制端连接,所述第三十五晶体管的第二端与所述第十六电阻的第一端连接,所述第三十六晶体管的第二端与所述第三十七晶体管的第二端连接,其公共端与所述第十七电阻的第一端连接,所述第三十三晶体管的第一端分别与所述第十八电阻的第一端、第四十晶体管的第二端及第三十八晶体管的第一端连接,所述第四十晶体管的第一端分别与所述第三十八晶体管的控制端及所述第三十六晶体管的第一端连接,所述第三十四晶体管的第一端分别与所述第十八电阻的第二端、所述第四十一晶体管的第二端及第三十九晶体管的第一端连接,所述第四十一晶体管的第一端分别与所述第三十九晶体管的控制端及所述第三十七晶体管的第一端连接,所述第四十晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输入端,所述第四十一晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输入端,所述第三十八晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输出端,所述第三十九晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输出端,所述第二十八晶体管的第二端、所述第十五电阻的第二端、所述第三十一晶体管的第一端、所述第十六电阻的第二端、所述第十七电阻的第二端均接地。
优选的,该霍尔信号放大电路还包括第十九电阻,第二十电阻,第二十一电阻,第二十二电阻,其中:
所述第十九电阻的第一端与所述第一放大器的同相输出端连接,所述第十九电阻的第二端分别与所述第三放大器的同相输入端及所述第二十一电阻的第一端连接,所述第二十电阻的第一端与所述第一放大器的反相输出端连接,所述第二十电阻的第二端分别与所述第三放大器的反相输入端及所述第二十二电阻的第一端连接,所述第二十二电阻的第二端与所述第三放大器的输出端连接。
优选的,所述第一晶体管,所述第二晶体管直至所述第二十五晶体管均为三极管。
优选的,所述第二十六晶体管,所述第二十七晶体管直至所述第四十一晶体管均为三极管。
本实用新型提供了一种霍尔信号放大电路,包括与电源连接的霍尔传感器模块,第一放大器,与第一放大器结构相同的第二放大器,第三放大器,补偿模块,其中:霍尔传感器模块的第一输出端和第一放大器的同相输入端连接,霍尔传感器模块的第二输出端和第一放大器的反相输入端连接,第一放大器的同相输出端分别与第二放大器的同相输出端及第三放大器的同相输入端连接,第一放大器的反相输出端分别与第二放大器的反相输出端及第三放大器的反相输入端连接,补偿模块的第一输出端与第二放大器的同相输入端连接,补偿模块的第二输出端与第二放大器的反相输入端连接;补偿模块,用于确定与热电压相关的基准电流,并根据基准电流及获取的输入失调电压,得到与输入失调电压大小相等、极性相反且与热电压相关的等效输入失调电压,并将等效输入失调电压输出至第二放大器。可见,在实际应用中,采用本实用新型的方案,通过补偿模块产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用,使静态输出电压在全温度工作范围内都有很高的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的实施例,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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种霍尔信号放大电路的结构示意图;
图2为本实用新型所提供的一种霍尔信号放大电路的结构示意图;
图3为本实用新型所提供的一种补偿模块的结构示意图;
图4为本实用新型所提供的另一种霍尔信号放大电路的结构示意图;
图5为本实用新型所提供的一种跨导放大器的结构示意图;
图6为本实用新型所提供的另一种跨导放大器的结构示意图;
图7为本实用新型所提供的一种霍尔放大信号电路的实施例的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的核心是提供一种霍尔信号放大电路,通过补偿模块产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用,使静态输出电压在全温度工作范围内都有很高的精度。
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参照图2,图2为本实用新型所提供的一种霍尔信号放大电路的结构示意图,包括与电源VCC连接的霍尔传感器模块1,第一放大器A1,与第一放大器A1结构相同的第二放大器A2,第三放大器A3,补偿模块2,其中:
霍尔传感器模块1的第一输出端和第一放大器A1的同相输入端连接,霍尔传感器模块1的第二输出端和第一放大器A1的反相输入端连接,第一放大器A1的同相输出端分别与第二放大器A2的同相输出端及第三放大器A3的同相输入端连接,第一放大器A1的反相输出端分别与第二放大器A2的反相输出端及第三放大器A3的反相输入端连接,补偿模块2的第一输出端与第二放大器A2的同相输入端连接,补偿模块2的第二输出端与第二放大器A2的反相输入端连接;
补偿模块2,用于确定与热电压相关的基准电流,并根据基准电流及获取的输入失调电压,得到与输入失调电压大小相等、极性相反且与热电压相关的等效输入失调电压,并将等效输入失调电压输出至第二放大器A2。
具体的,电源VCC为霍尔传感器供电使霍尔传感器模块1输出霍尔信号,霍尔信号经第一放大器A1放大后,输出至第三放大器A3进行第二级放大,第一放大器A1和第二放大器A2的结构完全一致,第一放大器A1的输出信号分两路输出,一路是从其同相输出端输出,另一路是从其反相输出端输出,第二放大器A2的输出信号,同理。在上述结构中,从第一放大器A1的同相输出端输出的输出信号与从第二放大器A2的同相输出端输出的输出信号进行求和后,再接入第三放大器A3的同相输入端,相应的,从第一放大器A1的反相输出端输出的输出信号与从第二放大器A2的反相输出端输出的输出信号进行求和后,再接入第三放大器A3的反相输入端,通过检测第三放大器A3的输出端的静态输出电压VOUT可得到输出失调电压VOSout,静态输出电压和输出失调电压的计算关系式为VOSout=Vout-Vcc/2,其中,Vcc为电源电压,运放的输入失调电压VOSin的计算关系式为VOSin=VOSout/A,A为霍尔传感器模块1的输出端口到第三放大器A3的输出端的增益,由于第一放大器A1和第二放大器A2的结构完全相同,因此,补偿模块2的输出端口到第三放大器A3的输出端的增益也为A,也就是说只要在补偿模块2中产生与输入失调电压VOSin大小相等、极性相反的等效输入失调电压就能完全消除运放失调电压的影响,考虑到运放失调电压的温度系数与热电压相关,因此,本实用新型通过补偿模块2预先确定与热电压相关的基准电流,通过基准电流生成与热电压相关的等效输入失调电压,同时通过计算得到的输入失调电压VOSin的大小与极性,调整该等效输入失调电压的大小和极性,使等效输入失调电压与输入失调电压VOSin大小相等、极性相反。
综上,本实用新型通过补偿模块2产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用,能调整静态输出电压至中点电位,使静态输出电压VOUT在全温度工作范围内都具有很高的精度。
本实用新型提供了一种霍尔信号放大电路,包括与电源连接的霍尔传感器模块,第一放大器,与第一放大器结构相同的第二放大器,第三放大器,补偿模块,其中:霍尔传感器模块的第一输出端和第一放大器的同相输入端连接,霍尔传感器模块的第二输出端和第一放大器的反相输入端连接,第一放大器的同相输出端分别与第二放大器的同相输出端及第三放大器的同相输入端连接,第一放大器的反相输出端分别与第二放大器的反相输出端及第三放大器的反相输入端连接,补偿模块的第一输出端与第二放大器的同相输入端连接,补偿模块的第二输出端与第二放大器的反相输入端连接;补偿模块,用于确定与热电压相关的基准电流,并根据基准电流及获取的输入失调电压,得到与输入失调电压大小相等、极性相反且与热电压相关的等效输入失调电压,并将等效输入失调电压输出至第二放大器。可见,在实际应用中,采用本实用新型的方案,通过补偿模块产生与热电压相关的等效输入失调电压,在消除运放失调电压的同时,具有很好的温度补偿作用,使静态输出电压在全温度工作范围内都有很高的精度。
在上述实施例的基础上:
作为一种优选的实施例,补偿模块2包括第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第四电阻R4,第五电阻R5,第一晶体管M1,第二晶体管M2,第三晶体管M3,第四晶体管M4,第五晶体管M5,第六晶体管M6,第七晶体管 M7,第八晶体管M8,第九晶体管M9,第一熔断丝F1,第二熔断丝F2,其中:
第一电阻R1的第一端分别和第三电阻R3的第一端及第四电阻R4的第一端连接,其公共端与电源VCC连接,第一电阻R1的第二端分别和第一晶体管 M1的第一端、第一晶体管M1的控制端及第二晶体管M2的控制端连接,第一晶体管M1的第二端分别和第三晶体管M3的第一端及第四晶体管M4的控制端连接,第三晶体管M3的控制端分别和第四晶体管M4的第一端及第二晶体管 M2的第二端连接,第四晶体管M4的第二端和第二电阻R2的第一端连接,第二晶体管M2的第一端分别和第五晶体管M5的第一端、第七晶体管M7的控制端、第八晶体管M8的控制端、第九晶体管M9的控制端连接,第五晶体管M5的第二端与第三电阻R3的第二端连接,第五晶体管M5的控制端分别和第七晶体管M7的第二端及第六晶体管M6的控制端连接,第六晶体管M6的第二端与第四电阻R4的第二端连接,第六晶体管M6的第一端分别与第八晶体管M8的第二端及第九晶体管M9的第二端连接,第八晶体管M8的第一端分别与第五电阻R5的第一端及第一熔断丝F1的第一端连接,其公共端作为补偿模块2 的第二输出端,第九晶体管M9的第一端分别与第五电阻R5的第二端及第二熔断丝F2的第一端连接,其公共端作为补偿模块2的第一输出端,第三晶体管M3的第二端、第七晶体管M7的第一端及第二电阻R2的第二端均接地;
补偿模块2还包括分别与第五电阻R5、第一熔断丝F1及第二熔断丝F2连接、用于调整第五电阻R5的阻值以控制第五电阻R5上的电压与输入失调电压大小相等、还用于控制第一熔断丝F1及第二熔断丝F2的熔断以控制等效输入失调电压与输入失调电压极性相反的控制单元21;
第二电阻R2与第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5的类型相同。
具体的,补偿模块2的具体结构参照图3所示,包括第一电阻R1,第二电阻R2,第三电阻R3,第四电阻R4,第五电阻R5,第一晶体管M1,第二晶体管M2,第三晶体管M3,第四晶体管M4,第五晶体管M5,第六晶体管M6,第七晶体管M7,第八晶体管M8,第九晶体管M9,第一熔断丝F1,第二熔断丝F2和控制单元21,其中,第一晶体管M1至第九晶体管M9均以三极管的结构代表。
具体的,由第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3,第四晶体管M4构成自偏置电路,产生基准电流IREF,基准电流IREF的计算关系式为IREF=VT×ln(n)/R2,VT为霍尔信号放大电路的热电压,n 为第二晶体管M2和第三晶体管M3的面积之积与第一晶体管M1和第四晶体管 M4的面积之积的比值,即 为第一晶体管M1的面积,为第二晶体管M2的面积,为第三晶体管M3的面积,为第四晶体管M4的面积,且通过第五晶体管M5、第六晶体管M6、第三电阻R3、第四电阻R4构成比例电流源产生电流I1,假设第五晶体管M5与第六晶体管M6的面积之比等于第三电阻R3和第四电阻R4的比值,电流I1的计算关系式为I1=IREF×R3/R4。
具体的,控制单元21通过trimming(修调)的方式控制第一熔断丝F1 或第二熔断丝F2的熔断,以控制等效输入失调电压的极性,由于输入失调电压的极性和大小可以通过计算得到,可以当做已知量,因此,控制单元21可以直接得到等效输入失调电压所需要的极性,具体的,若计算得到的输入失调电压的极性为正,则等效输入失调电压的极性为负,那么控制单元21控制第一熔断丝F1断开,则OUT+<OUT-,其中,OUT+为补偿模块2的第一输出端的电压,OUT-为补偿模块2的第二输出端的电压,此时补偿模块2输出的等效输入失调电压为负,若计算得到的输入失调电压的极性为负,则等效输入失调电压的极性为正,那么控制单元21控制第二熔断丝F2断开,则 OUT+>OUT-,此时补偿模块2输出的等效输入失调电压的极性为正。
在调整完等效输入失调电压的极性之后,根据计算得到的输入失调电压的大小调整等效输入失调电压的大小,根据本实施例的电路结构可知, I1=IREF×R3/R4,I1=I2+I3,I2=I3=1/2I1=1/2IREF×R3/R4,因此,等效输入失调电压关系式为|(OUT+)-(OUT-)|=1/2×VT×ln(n)×(R5/R2)×(R3/R4),控制单元21通过调整R5的阻值使|(OUT+)-(OUT-)|的大小与输入失调电压相等,同时第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5均采用同一类型的电阻,以此抵消电阻的温度系数对静态输出电压的温度系数的影响,使等效输入失调电压的温度系数只与热电压相关,从而控制单元21通过trimming的方式调整第五电阻R5的阻值来调整等效输入失调电压的大小,可完全抵消运放的输入失调电压。
请参照图4,图4为本实用新型所提供的另一种霍尔信号放大电路,该霍尔信号放大电路在上述实施例的基础上:
作为一种优选的实施例,第一放大器A1为第一跨导放大器GM1,第二放大器A2为第二跨导放大器GM2;
则该霍尔信号放大电路还包括:
第一端与第一跨导放大器GM1的同相输出端连接、第二端与交流地AC Ground连接的第六电阻R6;
第一端与第二跨导放大器GM2的反相输出端连接、第二端与交流地AC Ground连接的第七电阻R7。
具体的,跨导放大器是一种将输入差分电压转换为输出电流的放大器,因此第一跨导放大器GM1的同相输出端输出的是电流信号,在其同相输出端接有第六电阻R6的目的是为了将第一跨导放大器GM1的同相输出端输出的电流信号与第二跨导放大器GM2的同相输出端输出的电流信号的和转换为差分电压信号再接入第三放大器A3的同相输入端,第二跨导放大器GM2同理,通过在第二跨导放大器GM2的反相输出端串联第七电阻R7,以便将第一跨导放大器GM1的反相输出端输出的电流信号与第二跨导放大器GM2的反相输出端输出的电流信号的和转换为差分电压信号再接入第三放大器A3的反向输入端,第六电阻R6的第二端接交流地AC Ground,第七电阻R7的第二端接交流地AC Ground。
作为一种优选的实施例,第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2均包括第八电阻R8,第九电阻R9直至第十三电阻R13,第十晶体管M10,第十一晶体管M11直至第二十五晶体管M25,其中:
第八电阻R8的第一端分别与第十电阻R10的第一端、第十一电阻R11的第一端及第十二电阻R12的第一端连接,其公共端与电源VCC连接,第八电阻R8的第二端分别与第十晶体管M10的第一端、第十晶体管M10的控制端及第十一晶体管M11的控制端连接,第十晶体管M10的第二端分别与第十二晶体管 M12的第一端及第十三晶体管M13的控制端连接,第十二晶体管M12的控制端分别与第十三晶体管M13的第一端及第十一晶体管M11的第二端连接,第十三晶体管M13的第二端与第九电阻R9的第一端连接,第十一晶体管M11的第一端分别与第十五晶体管M15的控制端及第十四晶体管M14的第一端连接,第十四晶体管M14的第二端与第十电阻R10的第二端连接,第十四晶体管M14的控制端分别与第十五晶体管M15的第二端及第十六晶体管M16的控制端、第十七晶体管M17的控制端及第十八晶体管M18的控制端连接,第十六晶体管M16的第二端与第十一电阻R11的第二端连接,第十六晶体管M16的第一端分别与第十九晶体管M19的第一端、第十九晶体管M19的控制端、第二十晶体管M20的控制端及第二十一晶体管M21的控制端连接,第十七晶体管M17的第二端分别与第十八晶体管M18的第二端及第十二电阻R12的第二端连接,第十七晶体管M17的第一端分别与第二十二晶体管M22的第一端及第二十四晶体管M24的控制端连接,第十八晶体管M18的第一端分别与第二十三晶体管M23的第一端及第二十五晶体管M25的控制端连接,第二十二晶体管M22的第二端分别与第十三电阻R13的第一端、第二十四晶体管M24的第一端及第二十晶体管M20的第一端连接,第二十二晶体管M22的控制端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的同相输入端,第二十三晶体管M23的第二端分别与第二十五晶体管M25的第一端、第十三电阻R13的第二端及第二十一晶体管M21的第一端连接,第二十三晶体管M23的控制端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的反相输入端,第二十四晶体管M24的第二端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的反相输出端,第二十五晶体管M25的第二端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的同相输出端,第十二晶体管M12的第二端、第九电阻R9的第二端、第十五晶体管M15的第一端、第十九晶体管M19的第二端、第二十晶体管M20的第二端及第二十一晶体管 M21的第二端均接地。
具体的,第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的结构是相同的,其具体结构参照图5所示,其中,第十晶体管M10至第二十五晶体管M25的结构均以三极管的结构代表,以第一跨导放大器GM1为例,第八电阻R8、第九电阻R9、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第十三晶体管M13构成的自偏置电路产生基准电流IREF,通过镜像电流源对差分放大器进行偏置,第二十二晶体管M22的控制端和第二十三晶体管M23的控制端作为第一跨导放大器GM1的差分输入端,第二十四晶体管M24和第二十五晶体管 M25为射随器,用于减小后级输入阻抗对前级信号的影响,其中,跨导放大器的等效跨导关系式为
作为一种优选的实施例,第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2 均包括第十四电阻R14,第十五电阻R15,第十六电阻R16,第十七电阻R17,第十八电阻R18,第二十六晶体管M26,第二十七晶体管M27直至第四十一晶体管M41,其中:
第十四电阻R14的第一端分别与第三十晶体管M30的第二端、第三十二晶体管M32的第二端、第三十三晶体管M33的第二端及第三十四晶体管M34的第二端连接,其公共端与电源VCC连接,第十四电阻R14的第二端分别与第二十六晶体管M26的第一端、第二十六晶体管M26的控制端及第二十七晶体管 M27的控制端连接,第二十六晶体管M26的第二端分别与第二十八晶体管M28的第一端及第二十九晶体管M29的控制端连接,第二十八晶体管M28的控制端分别与第二十九晶体管M29的第一端及第二十七晶体管M27的第二端连接,第二十九晶体管M29的第二端与第十五电阻R15的第一端连接,第二十七晶体管 M27的第一端分别与第三十晶体管M30的第一端、第三十一晶体管M31的控制端连接,第三十晶体管M30的控制端分别与第三十一晶体管M31的第二端、第三十二晶体管M32的控制端、第三十三晶体管M33的控制端及第三十四晶体管 M34的控制端连接,第三十二晶体管M32的第一端分别与第三十五晶体管M35的第一端、第三十五晶体管M35的控制端、第三十六晶体管M36的控制端及第三十七晶体管M37的控制端连接,第三十五晶体管M35的第二端与第十六电阻 R16的第一端连接,第三十六晶体管M36的第二端与第三十七晶体管M37的第二端连接,其公共端与第十七电阻R17的第一端连接,第三十三晶体管M33的第一端分别与第十八电阻R18的第一端、第四十晶体管M40的第二端及第三十八晶体管M38的第一端连接,第四十晶体管M40的第一端分别与第三十八晶体管M38的控制端及第三十六晶体管M36的第一端连接,第三十四晶体管M34的第一端分别与第十八电阻R18的第二端、第四十一晶体管M41的第二端及第三十九晶体管M39的第一端连接,第四十一晶体管M41的第一端分别与第三十九晶体管M39的控制端及第三十七晶体管M37的第一端连接,第四十晶体管 M40的控制端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的同相输入端,第四十一晶体管M41的控制端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器 GM2的反相输入端,第三十八晶体管M38的第二端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的反相输出端,第三十九晶体管M39的第二端作为第一跨导放大器GM1和第二跨导放大器GM2的同相输出端,第二十八晶体管 M28的第二端、第十五电阻R15的第二端、第三十一晶体管M31的第一端、第十六电阻R16的第二端、第十七电阻R17的第二端均接地。
具体的,第一跨导放大器GM1与第二跨导放大器GM2也可以采用如图6 所示的结构来实现其功能。
作为一种优选的实施例,该霍尔信号放大电路还包括第十九电阻R19,第二十电阻R20,第二十一电阻R21,第二十二电阻R22,其中:
第十九电阻R19的第一端与第一放大器A1的同相输出端连接,第十九电阻R19的第二端分别与第三放大器A3的同相输入端及第二十一电阻R21的第一端连接,第二十电阻R20的第一端与第一放大器A1的反相输出端连接,第二十电阻R20的第二端分别与第三放大器A3的反相输入端及第二十二电阻R22的第一端连接,第二十二电阻R22的第二端与第三放大器A3的输出端连接。
具体的,参照图7所示,第十九电阻R19,第二十电阻R20,第二十一电阻R21,第二十二电阻R22与第三放大器A3构成差分比例运算放大器结构,第十九电阻R19和第二十电阻R20相同,第二十一电阻R21和第二十二电阻R22相同,设此时第三放大器A3的增益值为A1,相应的A1=-R21/R19。
作为一种优选的实施例,第一晶体管M1,第二晶体管M2直至第二十五晶体管M25均为三极管。
作为一种优选的实施例,第二十六晶体管M26,第二十七晶体管M27直至第四十一晶体管M41均为三极管。
具体的,三极管成本较低,采用三极管来构成本实用新型所提供的霍尔信号放大电路可以保证其优势的同时,节约成本。
当然,上述各晶体管除了可以选用三极管,还可以根据实际工程需要选择CMOS管或其他晶体管,只要可以实现上述功能即可。
其中,在如图3、图5、图6所示的结构示意图中,第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第十晶体管M10、第十一晶体管M11、第十二晶体管M12、第十三晶体管M13、第十九晶体管M19、第二十晶体管M20、第二十一晶体管M21、第二十二晶体管M22、第二十三晶体管M23、第二十六晶体管M26、第二十七晶体管M27、第二十八晶体管M28、第二十九晶体管M29、第三十五晶体管M35、第三十六晶体管M36、第三十七晶体管M37、第三十八晶体管M38、第三十九晶体管M39均为NPN型三极管、其余所有晶体管均为PNP型晶体管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种霍尔信号放大电路,其特征在于,包括与电源连接的霍尔传感器模块,第一放大器,与所述第一放大器结构相同的第二放大器,第三放大器,补偿模块,其中:
所述霍尔传感器模块的第一输出端和所述第一放大器的同相输入端连接,所述霍尔传感器模块的第二输出端和所述第一放大器的反相输入端连接,所述第一放大器的同相输出端分别与所述第二放大器的同相输出端及所述第三放大器的同相输入端连接,所述第一放大器的反相输出端分别与所述第二放大器的反相输出端及所述第三放大器的反相输入端连接,所述补偿模块的第一输出端与所述第二放大器的同相输入端连接,所述补偿模块的第二输出端与所述第二放大器的反相输入端连接;
所述补偿模块,用于确定与热电压相关的基准电流,并根据所述基准电流及获取的输入失调电压,得到与所述输入失调电压大小相等、极性相反且与所述热电压相关的等效输入失调电压,并将所述等效输入失调电压输出至所述第二放大器。
2.根据权利要求1所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述补偿模块包括第一电阻,第二电阻,第三电阻,第四电阻,第五电阻,第一晶体管,第二晶体管,第三晶体管,第四晶体管,第五晶体管,第六晶体管,第七晶体管,第八晶体管,第九晶体管,第一熔断丝,第二熔断丝,其中:
所述第一电阻的第一端分别和所述第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接,其公共端与所述电源连接,所述第一电阻的第二端分别和所述第一晶体管的第一端、所述第一晶体管的控制端及所述第二晶体管的控制端连接,所述第一晶体管的第二端分别和所述第三晶体管的第一端及所述第四晶体管的控制端连接,所述第三晶体管的控制端分别和所述第四晶体管的第一端及所述第二晶体管的第二端连接,所述第四晶体管的第二端和所述第二电阻的第一端连接,所述第二晶体管的第一端分别和所述第五晶体管的第一端、所述第七晶体管的控制端、所述第八晶体管的控制端、所述第九晶体管的控制端连接,所述第五晶体管的第二端与所述第三电阻的第二端连接,所述第五晶体管的控制端分别和所述第七晶体管的第二端及所述第六晶体管的控制端连接,所述第六晶体管的第二端与所述第四电阻的第二端连接,所述第六晶体管的第一端分别与所述第八晶体管的第二端及所述第九晶体管的第二端连接,所述第八晶体管的第一端分别与所述第五电阻的第一端及所述第一熔断丝的第一端连接,其公共端作为所述补偿模块的第二输出端,所述第九晶体管的第一端分别与所述第五电阻的第二端及所述第二熔断丝的第一端连接,其公共端作为所述补偿模块的第一输出端,所述第三晶体管的第二端、所述第七晶体管的第一端及所述第二电阻的第二端均接地;
所述补偿模块还包括分别与所述第五电阻、所述第一熔断丝及所述第二熔断丝连接、用于调整所述第五电阻的阻值以控制所述第五电阻上的电压与所述输入失调电压大小相等、还用于控制所述第一熔断丝及所述第二熔断丝的熔断以控制所述等效输入失调电压与所述输入失调电压极性相反的控制单元;
所述第二电阻与所述第三电阻、所述第四电阻、所述第五电阻的类型相同。
3.根据权利要求2所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述第一放大器为第一跨导放大器,所述第二放大器为第二跨导放大器;
则该霍尔信号放大电路还包括:
第一端与所述第一跨导放大器的同相输出端连接、第二端与交流地连接的第六电阻;
第一端与所述第二跨导放大器的反相输出端连接、第二端与交流地连接的第七电阻。
4.根据权利要求3所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器均包括第八电阻,第九电阻直至第十三电阻,第十晶体管,第十一晶体管直至第二十五晶体管,其中:
所述第八电阻的第一端分别与第十电阻的第一端、第十一电阻的第一端及第十二电阻的第一端连接,其公共端与所述电源连接,所述第八电阻的第二端分别与所述第十晶体管的第一端、所述第十晶体管的控制端及所述第十一晶体管的控制端连接,所述第十晶体管的第二端分别与第十二晶体管的第一端及第十三晶体管的控制端连接,所述第十二晶体管的控制端分别与所述第十三晶体管的第一端及所述第十一晶体管的第二端连接,所述第十三晶体管的第二端与所述第九电阻的第一端连接,所述第十一晶体管的第一端分别与第十五晶体管的控制端及第十四晶体管的第一端连接,所述第十四晶体管的第二端与所述第十电阻的第二端连接,所述第十四晶体管的控制端分别与所述第十五晶体管的第二端及第十六晶体管的控制端、第十七晶体管的控制端及第十八晶体管的控制端连接,所述第十六晶体管的第二端与所述第十一电阻的第二端连接,所述第十六晶体管的第一端分别与第十九晶体管的第一端、所述第十九晶体管的控制端、第二十晶体管的控制端及第二十一晶体管的控制端连接,所述第十七晶体管的第二端分别与所述第十八晶体管的第二端及所述第十二电阻的第二端连接,所述第十七晶体管的第一端分别与第二十二晶体管的第一端及第二十四晶体管的控制端连接,所述第十八晶体管的第一端分别与第二十三晶体管的第一端及所述第二十五晶体管的控制端连接,所述第二十二晶体管的第二端分别与所述第十三电阻的第一端、所述第二十四晶体管的第一端及所述第二十晶体管的第一端连接,所述第二十二晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输入端,所述第二十三晶体管的第二端分别与所述第二十五晶体管的第一端、所述第十三电阻的第二端及所述第二十一晶体管的第一端连接,所述第二十三晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输入端,所述第二十四晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输出端,所述第二十五晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输出端,所述第十二晶体管的第二端、所述第九电阻的第二端、所述第十五晶体管的第一端、所述第十九晶体管的第二端、所述第二十晶体管的第二端及所述第二十一晶体管的第二端均接地。
5.根据权利要求3所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器均包括第十四电阻,第十五电阻,第十六电阻,第十七电阻,第十八电阻,第二十六晶体管,第二十七晶体管直至第四十一晶体管,其中:
所述第十四电阻的第一端分别与第三十晶体管的第二端、第三十二晶体管的第二端、第三十三晶体管的第二端及第三十四晶体管的第二端连接,其公共端与所述电源连接,所述第十四电阻的第二端分别与所述第二十六晶体管的第一端、所述第二十六晶体管的控制端及所述第二十七晶体管的控制端连接,所述第二十六晶体管的第二端分别与第二十八晶体管的第一端及第二十九晶体管的控制端连接,所述第二十八晶体管的控制端分别与所述第二十九晶体管的第一端及所述第二十七晶体管的第二端连接,所述第二十九晶体管的第二端与所述第十五电阻的第一端连接,所述第二十七晶体管的第一端分别与所述第三十晶体管的第一端、第三十一晶体管的控制端连接,所述第三十晶体管的控制端分别与所述第三十一晶体管的第二端、所述第三十二晶体管的控制端、所述第三十三晶体管的控制端及所述第三十四晶体管的控制端连接,所述第三十二晶体管的第一端分别与第三十五晶体管的第一端、所述第三十五晶体管的控制端、第三十六晶体管的控制端及第三十七晶体管的控制端连接,所述第三十五晶体管的第二端与所述第十六电阻的第一端连接,所述第三十六晶体管的第二端与所述第三十七晶体管的第二端连接,其公共端与所述第十七电阻的第一端连接,所述第三十三晶体管的第一端分别与所述第十八电阻的第一端、第四十晶体管的第二端及第三十八晶体管的第一端连接,所述第四十晶体管的第一端分别与所述第三十八晶体管的控制端及所述第三十六晶体管的第一端连接,所述第三十四晶体管的第一端分别与所述第十八电阻的第二端、所述第四十一晶体管的第二端及第三十九晶体管的第一端连接,所述第四十一晶体管的第一端分别与所述第三十九晶体管的控制端及所述第三十七晶体管的第一端连接,所述第四十晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输入端,所述第四十一晶体管的控制端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输入端,所述第三十八晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的反相输出端,所述第三十九晶体管的第二端作为所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器的同相输出端,所述第二十八晶体管的第二端、所述第十五电阻的第二端、所述第三十一晶体管的第一端、所述第十六电阻的第二端、所述第十七电阻的第二端均接地。
6.根据权利要求1所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,该霍尔信号放大电路还包括第十九电阻,第二十电阻,第二十一电阻,第二十二电阻,其中:
所述第十九电阻的第一端与所述第一放大器的同相输出端连接,所述第十九电阻的第二端分别与所述第三放大器的同相输入端及所述第二十一电阻的第一端连接,所述第二十电阻的第一端与所述第一放大器的反相输出端连接,所述第二十电阻的第二端分别与所述第三放大器的反相输入端及所述第二十二电阻的第一端连接,所述第二十二电阻的第二端与所述第三放大器的输出端连接。
7.根据权利要求4所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述第一晶体管,所述第二晶体管直至所述第二十五晶体管均为三极管。
8.根据权利要求5所述的霍尔信号放大电路,其特征在于,所述第二十六晶体管,所述第二十七晶体管直至所述第四十一晶体管均为三极管。
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