一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，包括CMOS霍尔传感器，用于输出霍尔电压，包括调制模块、放大模块、解调模块、滤波模块和温度稳定控制模块；调制模块用于输入霍尔电压，并输出混叠有失调电压的霍尔电压至放大模块；放大模块输出放大后的霍尔电压，输入至解调模块输出消除失调电压的霍尔电压至滤波模块，滤波模块输出滤波后的放大后的霍尔电压；温度稳定控制模块分别连接放大模块的输入端和滤波模块的输出端，用于采用负反馈调制方法对温度漂移进行补偿。优点：本发明专利技术能够使CMOS霍尔传感器线性输出的霍尔电压具有很好的温度稳定性。

A temperature stability control system of CMOS Hall sensor

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统
本专利技术涉及一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，属于磁传感器

技术介绍
CMOS霍尔传感器由于具有体积小、成本低、功耗低、可靠性高和易于集成等优点已经被广泛应用在工业自动化、汽车、消费类电子、航天测绘以及仪器仪表等众多领域。然而霍尔传感器作为一种半导体器件，其器件的磁场灵敏度却随着温度发生漂移，导致霍尔传感器输出的霍尔电压也随着温度发生较显著的变化。通常采用CMOS工艺的霍尔传感器电流灵敏度在-40oC～120oC工作温度范围内会发生8%左右的漂移，同时霍尔传感器的信号调理电路的放大倍数和直流工作点等性能也会随着温度发生漂移，从而严重限制了CMOS霍尔传感器的测量精度，因此必须采用温度稳定控制电路来实现CMOS霍尔传感器输出信号的稳定。传统的温度补偿方法是对霍尔器件进行开环式补偿，通过对霍尔器件施加补偿偏置电流来抵消霍尔器件灵敏度的漂移，但是这种方法只能对霍尔器件灵敏度的一阶系数进行开环式补偿，补偿精度不高。另一种温度补偿方法是对霍尔器件输出的霍尔电压放大后进行取样，通过负反馈闭环控制将所得信号送回前端与霍尔传感器输出信号相加来消除霍尔信号的温度漂移，但该方法不能适用于旋转电流失调消除技术，也不能抑制霍尔传感器信号调理电路的温度漂移，因此整体稳定霍尔输出电压的效果不好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，包括CMOS霍尔传感器，所述CMOS霍尔传感器包括霍尔器件和信号调理电路模块，所述霍尔器件用于输出霍尔电信号，信号调理电路模块用于将霍尔电信号进一步放大并将霍尔器件产生的失调消除，并输出放大后的霍尔电信号；还包括温度稳定控制电路模块，所述温度稳定控制电路模块包括霍尔器件温漂产生模块、温漂放大模块、相加模块和负反馈调制模块；所述霍尔器件温漂产生模块，用于根据霍尔器件灵敏度的温漂系数产生具有同样温漂系数的温漂预产生电压Vdrift,该温漂预产生电压Vdrift经过温漂放大模块放大后和信号调理模块输出的霍尔电压VHall一起送入相加模块，相加模块输出的电压经过取样电阻取样后送入负反馈调制模块，负反馈调制模块将取样信号调制为和霍尔器件输出的信号相同的频率，输出至所述信号调理电路模块，形成一个闭环负反馈系统。进一步的，所述温度稳定控制模块的电路包括霍尔器件温漂预产生电路、第二温漂放大器、相加器、负反馈调制器、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9；所述霍尔器件温漂预产生电路的输出端和电阻R1的一个端口相连接，电阻R1的另一个端口与第二温漂放大器的反相输入端和电阻R2的一个端口相连接，电阻R2的另一个端口和第二温漂放大器的输出端相连接，电阻R3的一个端口和第二温漂放大器的同相输入端相连接，电阻R3的另一个端口接地，第二温漂放大器的输出端和电阻R4的一个端口连接，电阻R4的另一个端口同时和相加器反相输入端、电阻R5和电阻R6的一个端口相连接，电阻R5的另一个端口和CMOS霍尔传感器输出端相连接，电阻R6的另一个端口和相加器的输出端相连接，电阻R7的一个端口和相加器的同相输入端相连接，电阻R7的另一个端口接地，相加器输出端和电阻R8的一个端口相连接，电阻R8的另一个端口同时连接负反馈调制器的输入端和电阻R9的一个端口，电阻R9的另一个端口接地，负反馈调制器的输出端连接放大模块的输入端。进一步的，所述电阻R2采用可调电阻，用于调节第二温漂放大器的增益。进一步的，所述电阻R6采用可调电阻，用于调节相加器的增益。进一步的，所述电阻R9采用可调电阻，用于负反馈调制器的取样系数。进一步的，所述霍尔器件温漂预产生电路包括4只PMOS管M1～M4、1个校准霍尔器件、2只电阻R10和R11以及1个参考电流源Iref和第一温漂放大器；其中PMOS管M1、M2的源极和衬底均接电源Vdd，PMOS管M1和M2的栅极接PMOS管M1的漏极和PMOS管M3的源极和衬底，PMOS管M2的漏极接PMOS管M4的源极和衬底，PMOS管M3和M4的栅极接PMOS管M4的漏极，PMOS管M3的漏极接参考电流源Iref的输入端，参考电流源Iref的输出端接地，PMOS管M4的漏极接校准霍尔器件的输入端口A，校准霍尔器件的输入端口B接地，校准霍尔器件的输出端口C接第一温漂放大器的同相输入端，校准霍尔器件的输出端口D接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接第一温漂放大器的反相输入端和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接第一温漂放大器的输出端并输出温漂预产生电压Vdrift。进一步的，所述校准霍尔器件的形状和大小与CMOS霍尔传感器中的霍尔器件完全相同，具有相同的磁场灵敏度和温漂系数。本专利技术所达到的有益效果：1、本专利技术根据霍尔器件电流灵敏度随工作温度变化的特性，设计出霍尔器件温漂预产生电路，并将该霍尔器件温漂预产生电路纳入整个霍尔传感器闭环系统中，通过负反馈调制技术抵消霍尔器件输出霍尔电压随温度的变化。2、本专利技术提出的霍尔传感器温度稳定控制电路不但能补偿霍尔器件灵敏度随温度的漂移，而且能补偿霍尔传感器信号调理电路随温度的变化，霍尔输出电压随温度稳定性好，电路技术方案简单，电路易于实现。3、本专利技术提出的霍尔传感器温度稳定控制电路和CMOS工艺完全兼容，不需要特殊的工艺，制造成本低。附图说明图1是本专利技术提出的具有温度稳定控制功能的CMOS霍尔传感器原理示意图；图2是本专利技术提出的图1中所示CMOS霍尔传感器温度稳定控制电路的原理图；图3是本专利技术提出的图2中所示的霍尔器件温漂预产生电路原理图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。CMOS集成霍尔传感器包括霍尔器件和信号调理电路模块。霍尔器件将磁场变为霍尔电信号后送入信号调理电路将霍尔电信号进一步放大并将霍尔器件产生的失调消除。由于霍尔器件的灵敏度和信号调理电路的放大倍数都随着温度发生变化，CMOS集成霍尔传感器输出的霍尔电压也随着温度发生漂移，为了使CMOS集成霍尔传感器输出霍尔电压具有温度稳定性，本专利技术提出的一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制电路，其工作原理示意图如图1所示。CMOS霍尔传感器中的旋转电流调制电路首先将霍尔器件输出的霍尔电压调制为极性变化的高频信号，而霍尔器件的失调电压极性保持不变。然后将混叠有失调信号的霍尔电压送入差分-差分放大器放大后再送入解调电路将失调电压消除，最后通过低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，包括CMOS霍尔传感器，所述CMOS霍尔传感器包括霍尔器件和信号调理电路模块，所述霍尔器件用于输出霍尔电信号，信号调理电路模块用于将霍尔电信号进一步放大并将霍尔器件产生的失调消除，并输出放大后的霍尔电信号；/n其特征在于，还包括温度稳定控制电路模块， 所述温度稳定控制电路模块包括霍尔器件温漂产生模块、温漂放大模块、相加模块和负反馈调制模块；/n所述霍尔器件温漂产生模块，用于根据霍尔器件灵敏度的温漂系数产生具有同样温漂系数的温漂预产生电压V

【技术特征摘要】
1.一种CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，包括CMOS霍尔传感器，所述CMOS霍尔传感器包括霍尔器件和信号调理电路模块，所述霍尔器件用于输出霍尔电信号，信号调理电路模块用于将霍尔电信号进一步放大并将霍尔器件产生的失调消除，并输出放大后的霍尔电信号；
其特征在于，还包括温度稳定控制电路模块，所述温度稳定控制电路模块包括霍尔器件温漂产生模块、温漂放大模块、相加模块和负反馈调制模块；
所述霍尔器件温漂产生模块，用于根据霍尔器件灵敏度的温漂系数产生具有同样温漂系数的温漂预产生电压Vdrift,该温漂预产生电压Vdrift经过温漂放大模块放大后和信号调理模块输出的霍尔电压VHall一起送入相加模块，相加模块输出的电压经过取样电阻取样后送入负反馈调制模块，负反馈调制模块将取样信号调制为和霍尔器件输出的信号相同的频率，输出至所述信号调理电路模块，形成一个闭环负反馈系统。


2.根据权利要求1所述的CMOS霍尔传感器温度稳定控制系统，其特征在于，所述温度稳定控制模块的电路包括霍尔器件温漂预产生电路、第二温漂放大器、相加器、负反馈调制器、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9；
所述霍尔器件温漂预产生电路的输出端和电阻R1的一个端口相连接，电阻R1的另一个端口与第二温漂放大器的反相输入端和电阻R2的一个端口相连接，电阻R2的另一个端口和第二温漂放大器的输出端相连接，电阻R3的一个端口和第二温漂放大器的同相输入端相连接，电阻R3的另一个端口接地，第二温漂放大器的输出端和电阻R4的一个端口连接，电阻R4的另一个端口同时和相加器反相输入端、电阻R5和电阻R6的一个端口相连接，电阻R5的另一个端口和CMOS霍尔传感器输出端相连接，电阻R6的另一个端口和相加器的输出端相连接，电阻R7的一个端口和相加器的同相输入端相连接，电阻R7的另一个端口接地，相加器输出端和电阻R8的一个端口相连接，电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐跃，王冰，宋福明，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32