一种CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，包括霍尔传感器、旋转电流电路、仪表运算放大器、低通滤波器和时钟处理电路，其中，所述旋转电流电路用于消除所述霍尔传感器的电磁感应失调；所述仪表运算放大器用于提高电路的带负载能力；所述低通滤波器用于实现电路的RC低通滤波；所述时钟处理电路用于输出高电平不重叠的波形的时钟，防止旋转电流电路中开关的同时导通产生的影响。本发明专利技术采用CMOS工艺，实现了电磁传感的全集成，能够在未影响射频性能的前提下，将传感器插入通道间，不增加芯片面积，节省了成本，实现了对射频前端电路之间电磁强度的检测。端电路之间电磁强度的检测。端电路之间电磁强度的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器


[0001]本专利技术涉及集成电路领域，具体涉及一种CMOS全集成电磁检测的射频前 端传感器。

技术介绍

[0002]在射频前端系统中，系统稳定性是设计者需要考虑的问题。但在实际使用 中芯片信号泄露带来的通道间的干扰是影响射频系统指标的重要因素。来自功 率放大器的发射信号泄露会干扰到接收信号，使射频接收机系统的通道隔离度 变差。这个问题在芯片使用过程中都会影响芯片性能。在传统射频芯片测试中， 扎针，探针台的使用过于复杂，且成本较高。本专利技术主要为了解决传统的射频 系统中面临的隔离度检测复杂的问题，利用CMOS工艺，设计了一款集成电磁 传感器电路，将对电流的检测转换为对电磁的检测，能够实现较小的功耗和面 积，达到较低的成本。
[0003]采用双极型工艺设计集成电路，具有噪声小、失调电压小的优点，但在消 除因晶体管不匹配而导致的失调电压时，会使得Bipolar传感器的外部信号处理 电路的结构不简单，从而使得芯片面积增大，而造成生产成本不低，且双极型 工艺通常会有较难以实现的逻辑功能。而CMOS工艺具有集成度高和功耗低的 优点，从而CMOS传感器可实现的功能就会更多，从而与市场发展的需求比较 贴合，但应用CMOS工艺设计集成电路过程中，也会有较明显的不足，比如 CMOS霍尔传感器的失调电压和噪声就相对严重，有效霍尔信号容易被其所影 响，从而严重影响了霍尔传感器的性能，且基于CMOS工艺的霍尔传感器的灵 敏度明显低于双极型工艺制造的霍尔传感器，而灵敏度又是衡量霍尔传感器性 能优劣的一项尤为重要的参数，当灵敏度不高就会使得霍尔传感器在检测微弱 磁场变化时，输出精度不高，从而使得霍尔传感器的应用场合明显减少。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种CMOS全集成电磁检测的 射频前端传感器。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，包括霍尔传感器、旋转电 流电路、仪表运算放大器、低通滤波器和时钟处理电路，其中，
[0007]所述旋转电流电路用于消除所述霍尔传感器的电磁感应失调；
[0008]所述仪表运算放大器用于提高电路的带负载能力；
[0009]所述低通滤波器用于实现电路的RC低通滤波；
[0010]所述时钟处理电路用于输出高电平不重叠的波形的时钟，防止旋转电流电 路中开关的同时导通产生的影响。
[0011]上述方案的有益效果是，本专利技术将对射频通道间隔离度的检测转换为对泄 露信号的电磁场强弱进行检测，可以间接测量射频通道间隔离度的，实现高精 度的磁场检测，
同时适用于对功耗要求严格的射频前端电路。
[0012]进一步的，所述霍尔传感器为四电极对称结构，包括对称电极H1与H3、 H2和H4，当处于工作状态时，其处于对称位置的对称电极H1与H3、H2和 H4分别作为输入端偏置电极以及输出端探测电极。
[0013]上述进一步方案的有益效果是，四个电极两两高度对称，可以保证当偏置 电极和探测电极两两交换后，器件仍保持高度的对称性、一致性，有利于失调 的减小。
[0014]进一步的，所述旋转电流电路包括为两相旋转电流电路，包括第一时钟互 补信号控制开关S1和第二时钟互补信号控制开关S2，工作状态中，当S1闭合、 S2断开时，电流从霍尔传感器的电极H1端流向电极H3端，并在电极H2端和 电极H4端输出高频电压信号；当S1断开、S2闭合时，电流从电极H2端流向 电极H4端，并在电极H1端和电极H3端输出失调的低频电压信号，所述旋转 电流电路输出为两路，分别连接所述仪表运算放大器的输入。
[0015]上述进一步方案的有益效果是，利用旋转电流电路消除霍尔元件的失调。
[0016]进一步的，当S1闭合、S2断开时，控制时钟周期为CLK，输出的感应电 压表示为：
[0017][0018]当S1断开、S2闭合时，输出的感应电压表示为：
[0019][0020]其中，V
O
为输出的感应电压，V
H1
～V
H4
为电极H1端到电极H4端输出感应 电势，和为电极输出的包含低频失调的电压，ΔR为对角电极之间存在电 阻，V
ΔR
为低频失调电压信号，V
H
为输出的不含失调的感应电压。
[0021]上述进一步方案的有益效果是，将感应电压被斩波成幅度为V
H
，周期为输 入时钟信号的周期性信号，失调为低频信号。
[0022]进一步的，所述仪表运算放大器包括前级放大电路、解调器以及单位增益 运放电路，其中，所述旋转电流电路的输出依次通过所述前级放大电路、解调 器以及单位增益运放电路输出至所述低通滤波电路。
[0023]上述进一步方案的有益效果是，经过运放输出的信号被仪表运放放大后， 通过运放和单位增益间的解调器变成低频信号，把噪声、CMOS元件及运放失 调调制到高频。
[0024]进一步的，所述前级放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器 A2以及输入反馈电阻R1、R2和R3，其中，所述第一运算放大器A1的同相端 连接接所述旋转选择电路的一路输入，反相端通过输入反馈电阻R1与第二运算 放大器A2的同相端相连并通过输入反馈电阻R2连接所述解调器；所述第二运 算放大器A2的反相端连接所述旋转电流电路的另一路输出，同相端通过输入反 馈电阻R3连接所述解调器；所述第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的 输出端均连接至所述解调器。
[0025]上述进一步方案的有益效果是，为解调器提供高共模抑制比及低噪声低失 调的信号。
[0026]进一步的，所述解调器包括开关S1B和S2B，其解调工作状态为：
[0027]当开关S1B打开时，输入：
[0028]Vin
p
‑
Vin
n
＝A(V
H
‑
V
ΔR
+V
OS
)；
[0029]输出为：
[0030]Vout
p
‑
Vout
n
＝A(V
H
‑
V
ΔR
+V
OS
)＝AV
H
‑
A(V
ΔR
‑
V
OS
)
[0031]当开关S2B打开时，输入为：
[0032]Vin
p
‑
Vin
n
＝A(
‑
V
H
‑
V
ΔR
+V
OS
)；
[0033]输出为：
[0034]Vout
p
‑
Vout
n
＝A(V
H
+V
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，包括霍尔传感器、旋转电流电路、仪表运算放大器、低通滤波器和时钟处理电路，其中，所述旋转电流电路用于消除所述霍尔传感器的电磁感应失调；所述仪表运算放大器用于提高电路的带负载能力；所述低通滤波器用于实现电路的RC低通滤波；所述时钟处理电路用于输出高电平不重叠的波形的时钟，防止旋转电流电路中开关的同时导通产生的影响。2.根据权利要求1所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，所述霍尔传感器为四电极对称结构，包括对称电极H1与H3、H2与H4，当处于工作状态时，其处于对称位置的对称电极H1与H3、H2和H4分别作为输入端偏置电极以及输出端探测电极。3.根据权利要求2所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，所述旋转电流电路包括为两相旋转电流电路，包括第一时钟互补信号控制开关S1和第二时钟互补信号控制开关S2，工作状态中，当S1闭合、S2断开时，电流从霍尔传感器的电极H1端流向电极H3端，并在电极H2端和电极H4端输出高频电压信号；当S1断开、S2闭合时，电流从电极H2端流向电极H4端，并在电极H1端和电极H3端输出失调的低频电压信号，所述旋转电流电路输出为两路，分别连接所述仪表运算放大器的输入。4.根据权利要求3所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，当S1闭合、S2断开时，控制时钟周期为CLK，输出的感应电压表示为：当S1断开、S2闭合时，输出的感应电压表示为：其中，V
O
为输出的感应电压，V
H1
～V
H4
为电极H1端到电极H4端输出感应电势，和为电极输出的包含低频失调的电压，ΔR为对角电极之间存在电阻，V
ΔR
为低频失调电压信号，V
H
为输出的不含失调的感应电压。5.根据权利要求4所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，所述仪表运算放大器包括前级放大电路、解调器以及单位增益运放电路，其中，所述旋转电流电路的输出依次通过所述前级放大电路、解调器以及单位增益运放电路输出至所述低通滤波电路。6.根据权利要求5所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，所述前级放大电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2以及输入反馈电阻R1、R2和R3，其中，所述第一运算放大器A1的同相端连接接所述旋转选择电路的一路输入，反相端通过输入反馈电阻R1与第二运算放大器A2的同相端相连并通过输入反馈电阻R2连接所述解调器；所述第二运算放大器A2的反相端连接所述旋转电流电路的另一路输出，同相端通过输入反馈电阻R3连接所述解调器；所述第一运算放大器A1和第二运算放大器A2的输出端均连接至所述解调器。7.根据权利要求6所述的CMOS全集成电磁检测的射频前端传感器，其特征在于，所述解调器包括开关S1B和S2B，其解调工作状态为：
当开关S1B打开时，输入：Vin
p
‑
Vin
n
＝A(V
H
‑
V
ΔR
+W
OS
)；输出为：Vout
p
‑
Vout
n
＝A(...

【专利技术属性】
技术研发人员：于松立，易凯，
申请(专利权)人：成都通量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：