一种高灵敏度线性霍尔放大电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度线性霍尔放大电路，包括：霍尔器件、一级预放大器和可提供单位增益反馈的二级差分放大电路，所述霍尔器件与所述一级预放大器通过斩波调制开关电路连接，所述一级预放大器与所述二级差分放大电路通过AC耦合电路耦合；所述二级差分放大电路通过斩波解调开关电路与采保求和电路连接。能够实现同时提高霍尔器件输出电压vh和斩波放大增益，避免增加额外的高增益放大器，从而提高输出精度。输出精度。输出精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度线性霍尔放大电路


[0001]本专利技术涉及一种线性霍尔电路，具体而言，涉及一种高灵敏度线性霍尔放大电路。

技术介绍

[0002]线性霍尔放大电路是线性霍尔传感器类芯片的关键组成部分，用于把垂直于芯片表面磁场转换成电信号，并线性放大输出。
[0003]传统的线性霍尔放大电路主要是采用如图1所示的电流旋转法的斩波放大结构。传统的线性霍尔放大电路用恒定电流源激励霍尔器件来实现电路良好的温度系数。但是，传统的线性霍尔放大电路存在以缺陷：
[0004]一方面，因为霍尔器件等效输入电阻随温度、工艺角变化较大，所以要求在恶劣的情况下，保证恒定电流源产生的激励电流IB与霍尔器件等效输入电阻RHALL的乘积小于器件内部的工作电压vdd，即IB
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RHALL＜vdd。因此，在典型常温条件下，恒定电流源实际产生的激励电流IB为器件内部的工作电压vdd与霍尔器件等效输入电阻RHALL比值的0.5～0.6倍，即IB≈(0.5～0.6)
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vdd/RHALL。然而，霍尔器件输出电压vh与激励电流IB成正比，从而导致在上述约束下，霍尔输出电压vh较小。
[0005]另一方面，仪表放大器A21&A22要求在输出摆幅V3o_max范围内同时对霍尔输出电压vh和失调电压vos同时进行放大。因此，在霍尔输出电压vh较小的情况下，加上仪表放大器的输出摆幅范围的限制，使得传统的线性霍尔放大电路的斩波放大总增益Av受到限制，即Av＝A1
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A2＜min[V3o_max/(vos+vh)，V3o_max/(vos
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vh)]，A1表示一级预放大器直流增益，A2表示二级差分放大电路直流增益。
[0006]而对于高灵敏度的应用，系统要求信号链的总增益＞1000。为此，在传统的线性霍尔放大电路中，通常需要在采保求和电路SH1后级串联更多的增益放大器。但是，串联的增益放大器设置在斩波放大级之外，不能去除失调电压和低频噪声，这些额外的失调电压和低频噪声被增益放大器按信号的相同倍数被放大，使得传统的线性霍尔放大电路最终输出精度下降。
[0007]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是：传统的线性霍尔放大电路的输出精度低。目的在于，提供一种高灵敏度线性霍尔放大电路，能够实现同时提高霍尔器件输出电压vh和斩波放大增益，避免增加额外的高增益放大器，从而提高输出精度。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]一种高灵敏度线性霍尔放大电路，包括：霍尔器件、一级预放大器和可提供单位增益反馈的二级差分放大电路，所述霍尔器件与所述一级预放大器通过斩波调制开关电路连接，所述一级预放大器与所述二级差分放大电路通过AC耦合电路耦合；所述二级差分放大电路通过斩波解调开关电路与采保求和电路连接。采保求和电路为采样、保持、缓冲功能的
电路，用于对时钟相位输出电压进行求和平均处理。
[0011]本专利技术提出的一种高灵敏度线性霍尔放大电路，在传统的线性霍尔放大电路的基础上做出改进，通过在一级预放大器和二级差分放大电路之间设置AC耦合电路的方式隔离一级预放大器的输出失调电压，在二级差分放大电路的两端跨界直流增益反馈电路的方式提供单位增益反馈，因此，在二级差分放大电路的输出端看到的总失调电压仅为二级差分放大电路本身的输入失调电压，且该输入失调电压非常小。相比传统的线性霍尔放大电路结构，本专利技术提出的高灵敏度线性霍尔放大电路的输出失调电压少了两个数量级，从而采用本专利技术的二级差分放大电路输出全部有效摆幅几乎可以全部用于放大有效霍尔信号，即Av＝A1
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A2＜(V3o_max
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vos2)/vh≈V3o_max/vh，vos表示二级差分放大电路输入失调电压。将传统线性霍尔放大电路的斩波放大总增益表达式与本专利技术的高灵敏度线性霍尔放大电路的斩波放大总增益表达式可以发现，本专利技术的斩波放大总增益表达式中分母少了vos一项。为满足良率要求，一级预放大器等效输入失调电压vos1需考虑最恶劣情况，其最大值一般大于或等于霍尔器件输出最大电压vh。所以，在相同输出摆幅和失调电压的情况下，本专利技术的高灵敏度线性霍尔放大电路相较于传统线性霍尔放大电路，其一级预放大器和二级差分放大电路的最高放大倍数至少可提高2倍，即线性霍尔放大电路的灵敏度较传统线性霍尔放大电路而言，可提高2倍。
[0012]作为对本专利技术的进一步描述，所述高灵敏度线性霍尔放大电路还包括温度补偿电路。所述温度补偿电路的输出端与所述霍尔器件的输入端连接。所述温度补偿电路包括：温度传感器、电压基准源、布尔运算器和低压差稳压器；所述温度传感器与所述电压基准源并联后通过所述布尔运算器与所述低压差稳压器的输入端连接，所述低压差稳压器的输出端连接所述霍尔器件的输入端。
[0013]其中，温度传感器用于生成校正电压；电压基准源用于生成温度无关参考电压；所述校正电压与所述温度无关参考电压经布尔运算器处理后生成温度补偿参考电压，该温度补偿参考电压是一个与温度相关的参考电压，通入得到所述低压差稳压器中，由低压差稳压器输出固定电压，用于偏置霍尔器件。由于固定电压受温度传感器和电压基准源同时控制，因此该固定电压是随温度变化的偏置电压，可反向抵消霍尔器件的温度漂移，从而抵消由于温度变化导致的封装应力变化，实现低温漂的目的，可进一步调高本专利技术的线性霍尔放大电路的输出精度。
[0014]作为对本专利技术的进一步描述，所述一级预放大器包括：等效输入失调电压vos1，、输入跨导级gm1、负载霍尔电阻Rh1a、负载霍尔电阻Rh1b、输出共模偏置电压vcm1、输出缓冲器buf1n和输出缓冲器buf1p；所述一级预放大器的正输入端接所述等效输入失调电压vos1的负极；所述输入跨导级gm1的正输入端接所述等效输入失调电压vos1的正极，负输入端接所述一级预放大器的负输入端，正输出端接所述负载霍尔电阻Rh1b和所述输出缓冲器bufp的负输入端，负输出端接所述负载霍尔电阻Rh1a和所述输出缓冲器buf1n的正输入端；所述负载霍尔电阻Rh1a和所述负载霍尔电阻Rh1b的输出端同时接所述共模偏置电压vcm1。
[0015]作为对本专利技术的进一步描述，所述二级差分放大电路包括：全差分放大器、等效输入失调电压vos2、第一增益反馈子电路、第二增益反馈子电路、共模反馈电阻Rcmfba、共模反馈电阻Rcmfbb和共模反馈放大器Acmfb；所述全差分放大器的正输入端接所述等效失调电压vos2的负极；所述第一增益反馈子电路跨接在所述全差分放大器的正输入端和负输出
端，所述第二增益反馈子电路跨接在所述全差分放大器的负输入端和正输出端；所述共模电阻Rcmfba和所述共模电阻Rcmfbb串联后接在所述全差分放大器的正输出端和负输出端之间；所述共模反馈放大器Acmfb的负输入端接在所述共模电阻Rcmfba和所述共模电阻Rcmfbb之间，输出端接所述全差分放大器的共模负反馈输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度线性霍尔放大电路，其特征在于，包括：霍尔器件(1)、一级预放大器(2)和可提供单位增益反馈的二级差分放大电路(3)，所述霍尔器件(1)与所述一级预放大器(2)通过斩波调制开关电路(4)连接，所述一级预放大器(2)与所述二级差分放大电路(3)通过AC耦合电路(5)耦合；所述二级差分放大电路(3)通过斩波解调开关电路(6)与采保求和电路连接。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度线性霍尔放大电路，其特征在于，包括温度补偿电路(7)，所述温度补偿电路(7)的输出端与所述霍尔器件(1)的输入端连接。3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度线性霍尔放大电路，其特征在于，所述一级预放大器(2)包括：等效输入失调电压vos1，、输入跨导级gm1、负载霍尔电阻Rh1a、负载霍尔电阻Rh1b、输出共模偏置电压vcm1、输出缓冲器buf1n和输出缓冲器buf1p；所述一级预放大器(2)的正输入端接所述等效输入失调电压vos1的负极；所述输入跨导级gm1的正输入端接所述等效输入失调电压vos1的正极，负输入端接所述一级预放大器(2)的负输入端，正输出端接所述负载霍尔电阻Rh1b和所述输出缓冲器bufp的负输入端，负输出端接所述负载霍尔电阻Rh1a和所述输出缓冲器buf1n的正输入端；所述负载霍尔电阻Rh1a和所述负载霍尔电阻Rh1b的输出端同时接所述共模偏置电压vcm1。4.根据权利要求3所述的一种高灵敏度线性霍尔放大电路，其特征在于，所述二级差分放大电路(3)包括：全差分放大器、等效输入失调电压vos2、第一增益反馈子电路、第二增益反馈子电路、共模反馈电阻Rcmfba、共模反馈电阻Rcmfbb和共模反馈放大器Acmfb；所述全差分放大器的正输入端接所述等效失调电压vos2的负极；所述第一增益反馈子电路跨接在所述全差分放大器的正输入端和负输出端，所述第二增益反馈子电路跨接在所述全差分放大器的负输入端和正输出端；所述共模电阻Rcmfba和所述共模电阻Rcmfbb串联后接在所述全差分放大器的正输出端和负输出端之间；所述共模反馈放大器Acmfb的负输入端接在所述共模电阻Rcmfba和所述共模电阻Rcmfbb之间，输出端接所述全差分放大器的共模负反馈输入端。5.根据权利要求4所述的一种高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学，赵翔，陈忠志，彭卓，
申请(专利权)人：成都芯进电子有限公司，
类型：发明
国别省市：