一种高精度零速检测霍尔速度传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种高精度零速检测霍尔速度传感器，包括霍尔元件一、霍尔元件二以及四相旋转电流，所述霍尔元件一安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件二安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件一安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有振荡器，所述振荡器安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有差分－差分放大器，所述差分－差分放大器一侧设有电流源。这种高精度零速检测霍尔速度传感器，并采用双霍尔元件差分信号输入，不仅提高了灵敏度并且进一步减小失调，同时具备零速检测功能。备零速检测功能。备零速检测功能。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度零速检测霍尔速度传感器


[0001]本技术涉及半导体
，特别涉及一种高精度零速检测霍尔速度传感器。

技术介绍

[0002]近些年来基于霍尔效应制作的霍尔磁传感器己广泛应用于工业自动化、仪器仪表、汽车工业和消费电子等领域。检测霍尔速度传感器主要用于齿轮或凸轮轴及其他速度传感。当运动着的检测目标外部轮廓(例如齿顶、齿谷)不断变化时，穿过霍尔速度传感器的偏置磁场的强度和方向也将不断变化。霍尔磁传感器将感应到的磁场信号转变成了电压信号，这个微弱的电压信号经放大、滤波和比较以后，去触发输出管进行开和关的动作，于是在该电路的输出端产生了对应检测目标外部轮廓的脉冲信号，通过统计单位时间内产生的脉冲个数即可得到检测目标的速度。
[0003]但霍尔元件在磁场中输出的霍尔电压信号是相对比较小的，必须通过放大器将信号放大后才能处理，因此霍尔电压信号受霍尔元件偏移电压、放大器失调电压及器件噪声的影响很大。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是设计一种高精度零速检测霍尔速度传感器，并采用双霍尔元件差分信号输入，不仅提高了灵敏度并且进一步减小失调，同时具备零速检测功能。
[0005]为了达到上述技术目的，本技术采用的技术方案为：一种高精度零速检测霍尔速度传感器，其特征在于，包括霍尔元件一、霍尔元件二以及四相旋转电流，所述霍尔元件一安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件二安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件一安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有振荡器，所述振荡器安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有差分－差分放大器，所述差分－差分放大器一侧设有电流源。
[0006]作为改进，所述差分－差分放大器一侧设有仪表放大器，所述仪表放大器安装在电流源一侧，所述仪表放大器一侧设有高通滤波，所述高通滤波一侧设有比较器，所述比较器一侧设有输出电路。
[0007]作为改进，所述仪表放大器输出端之间设有电阻R1、电阻R2以及电阻R3。
[0008]本技术的有益效果为：这种高精度零速检测霍尔速度传感器，并采用双霍尔元件差分信号输入，不仅提高了灵敏度并且进一步减小失调，同时具备零速检测功能。
附图说明
[0009]图1为本技术一种高精度零速检测霍尔速度传感器系统框图；
[0010]图2为本技术一种高精度零速检测霍尔速度传感器四相旋转电流；
[0011]图3为本技术一种高精度零速检测霍尔速度传感器差分信号示意图；
[0012]图4为本技术一种高精度零速检测霍尔速度传感器仪表放大器；
[0013]图5为本技术一种高精度零速检测霍尔速度传感器差分－差分放大器。
具体实施方式
[0014]为了使本技术的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0015]如图1所示，一种高精度零速检测霍尔速度传感器，其特征在于，包括霍尔元件一、霍尔元件二以及四相旋转电流，所述霍尔元件一安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件二安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件一安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有振荡器，所述振荡器安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有差分－差分放大器，所述差分－差分放大器一侧设有电流源，差分－差分放大器一侧设有仪表放大器，所述仪表放大器安装在电流源一侧，所述仪表放大器一侧设有高通滤波，所述高通滤波一侧设有比较器，所述比较器一侧设有输出电路。
[0016]仪表放大器输出端之间设有电阻R1、电阻R2以及电阻R3。
[0017]霍尔元件的偏移电压主要是因为施加到霍尔元件上的应力分布不均导致，具体来说就是电桥上的等效电阻不平衡，从而引起的输出端电位不等；输入失调电压主要是由放大器输入电路器件本身的特性变化产生的；噪声主要由构成电路的单个晶体管1/f噪声和电阻的热噪声。本专利技术采用四相旋转电流调制法，将霍尔器件的输出和偏置端口随着振荡器提供的时钟信号发生周期性变化，能够抑制由于应力和不匹配以及工艺偏差引起的偏移电压；使用差分－差分放大器在对两个霍尔元件输出的霍尔电压差分信号提供相同的放大操作的同时，减小了电路的功耗和面积；输入对管采用PMOS并注意匹配问题，以减小差分－差分放大器本身的失调。
[0018]需要注意的是随着温度的升高输入管的迁移率在下降，导致输入管的跨导在下降。(当半导体有外加电压时，其内部的载流子受到电场力的作用，沿着电场方向运动构成电流。载流子在电场力作用下漂移运动，迁移率表示了单位场强下载流子的平均漂移速度，迁移率的变化决定了电场下载流子的漂移速度。)因此只要采用与绝对温度成正比的电流源IBIAS，就可以使输入管的跨导不随温度变化。再加上使用与霍尔元件相同类型的电阻作为负载，使差分－差分放大器的负载电阻的温度特性与霍尔元件保持一致，就可以补偿霍尔元件因温度变化导致的灵敏度变化。
[0019]经过补偿的霍尔电压信号于闭环负反馈结构的仪表放大器中再次放大，并接高通滤波电路，由于之前四相旋转电流调制已将霍尔电压信号的从低频移至高频，此时让信号通过高通滤波电路可以消除低频失调和1/f噪声，最终实现高精度磁场检测。
[0020]因在将两块霍尔元件间隔一段距离平行摆放，两个霍尔元件产生的霍尔电压信号之间会产生有一定的相位差，两个霍尔元件的感应电压信号形成差分信号，如此处理之后，能够有效避免外部的共模干扰，提高了霍尔传感器的测量精度，而且差分信号相对于单霍尔元件感应电压信号来说，其幅值有所提升了(提升幅度与信号相位差大小有关)，变相提
高了灵敏度。
[0021]外部检测对象(如齿轮)的转动速度越快，则霍尔元件感应到的磁场变化频率就越快，在每一个磁场变化周期内比较器都会控制输出管产生一次脉冲，通过统计单位时间内产生的脉冲个数即可得到检测对象转动速度。理论上若外部检测对象保持静止，系统没有检测到磁场变化即差分电压信号为零，那么输出将会保持初始态，实现零速检测。
[0022]本技术在其工作时，将两块霍尔元件间隔一段距离平行摆放，两个霍尔元件产生的霍尔电压信号之间会产生有一定的相位差，两个霍尔元件的感应电压信号形成差分信号，外部检测对象(如齿轮)的转动速度越快，则霍尔元件感应到的磁场变化频率就越快，在每一个磁场变化周期内比较器都会控制输出管产生一次脉冲，通过统计单位时间内产生的脉冲个数即可得到检测对象转动速度。
[0023]以上所述仅为本技术专利的较佳实施例而已，并不用以限制本技术专利，凡在本技术专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术专利的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度零速检测霍尔速度传感器，其特征在于，包括霍尔元件一、霍尔元件二以及四相旋转电流，所述霍尔元件一安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件二安装在四相旋转电流一侧，所述霍尔元件一安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有振荡器，所述振荡器安装在霍尔元件二一侧，所述四相旋转电流一侧设有差分－差分放大器，所述差分－差分放大器一侧设有电流源。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海鑫雁微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：