本发明专利技术涉及一种带温度补偿的霍尔开关电路，包括稳压器，连接在所述稳压器的输出与地线之间的霍尔感应片，两个输入端分别与所述霍尔感应片相连的霍尔电压差分放大器，与所述霍尔电压差分放大器的输出端相连的迟滞比较器，以及与所述迟滞比较器的输出端相连的输出单元，其特征在于，所述霍尔电压差分放大器包括由两个晶体管组成的差分输入对，偏置所述差分输入对的正比于绝对温度的电流源，以及分别串接在所述差分输入对的每个晶体管上的一与所述霍尔感应片同材料制成的负载电阻。本发明专利技术的霍尔开关电路能消除μＨ温度系数的影响，且对工艺没特殊要求也很好的控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种霍尔开关电路，特别涉及一种带温度补偿的霍尔开关电路。
技术介绍
霍尔效应的原理为对一块合适的霍尔材料，如果沿其X方向上通电VK，Y方向上 加磁场B，则Z方向上会出现一个电压VH，Vh称为霍尔电压，其与磁场B，电压Vk和材料自身 的关系为 (1)其中L，W为该霍尔材料的长和宽，σ(奈)为几何修正因子，μ Η为霍尔迁移率。半导体是很好的霍尔效应材料，所以，半导体集成霍尔效应传感器被广泛地应用 在各种电子设备中。霍尔开关为霍尔传感器中的一种，其原理为利用集成半导体霍尔片感 应外部磁场，输出数字逻辑0或1。其传输特性如图1所示，当外部磁场大于工作点磁场强 度Btff时，输出为0 ；当外部磁场小于释放点磁场强度Bkp时，输出为1。常规霍尔开关电路构成模块如图2所示，包括稳压器201，霍尔感应片202，霍尔电 压差分放大器203，迟滞比较器204和输出单元205。设霍尔电压差分放大器的增益为Av，迟滞比较器的迟滞宽度为νω，则有AVVH = Vco (2)不考虑符号，由式⑴和⑵得到Btff和Bkp的表达式统一为 式(3)中μ Η随温度的升高而下降，也就是负温度特性，要使Btff和Bkp有很好的温W度稳定性，必需使式(3)中其他的参数有合适的温度系数以抵消负温度系数。而YL和这两项几何参数温度系数很小，可忽略，所以只能对Vro，Av和Vk中的一项或几项进 行温度补偿。根据上述特点，公开号为CN101290233A的中国专利申请公布了一种温度补偿方 法，式(3)中Av和Vk对温度恒定的条件下，调节Vro的温度系数以减少μ 温度系数的影 响，最终减少Btff和Bkp的温度系数。其电路实现要求一种类型的电阻的温度系数为某一特 定值，这就要求工艺需要提供特定温度系数值的电阻，对工艺的要求比较特殊。公开号为CN101290233的中国专利申请所用的方法是式(3)中Vro，Av保持对温度 恒定的条件下，调节\的温度系数以减少μ H的温度系数的影响，最终减少Btff和Bkp的温度 系数。其电路实现用一正温度系数的项和一负温度系数的项相加得到另一正温系数的项以 减少μ Η的负温度特性的影响。这种方法使得二阶特性比较难以控制；考虑到材料特性的漂移，批量生产后的一致性也难以保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是要克服现有技术的缺陷，提供一种能消除μΗ温度系 数的影响，且对工艺没特殊要求也很好控制的带温度补偿的霍尔开关电路。本专利技术的一种带温度补偿的霍尔开关电路，包括稳压器，连接在所述稳压器的输 出与地线之间的霍尔感应片，两个输入端分别与所述霍尔感应片相连的霍尔电压差分放大 器，与所述霍尔电压差分放大器的输出端相连的迟滞比较器，以及与所述迟滞比较器的输 出端相连的输出单元，其特征在于，所述霍尔电压差分放大器包括由两个晶体管组成的差 分输入对，偏置所述差分输入对的正比于绝对温度的电流源，以及分别串接在所述差分输 入对的每个晶体管上的一与所述霍尔感应片同材料制成的负载电阻。本专利技术给出的带温度补偿的霍尔开关电路通过使式(3)中Vk^PVk保持对温度恒 定，准确控制霍尔电压差分放大器的增益Av的温度系数，使其与μ Η的温度系数大小相等， 符号相反，二者的温度系数因而相互抵消，得到对温度恒定的Btff和ΒΚΡ。该霍尔电压差分放 大器的结构为以正比于绝对温度的电流来偏置晶体管差分输入对，与霍尔感应片同类型 材料的电阻作为差分输入对的负载。此结构的霍尔电压差分放大器的跨导具有对温度恒定 的特性，所以，该放大器的增益Av的温度系数仅与霍尔感应片同类型材料的电阻的温度特 性有关，其刚好可完全跟踪μ Η的温度特性(包括二阶特性)，产生理想的抵消效果，并且工 艺漂移对一致性影响很小。附图说明图1是霍尔开关传输特性示意图。图2是常规霍尔开关电路原理图。图3是本专利技术霍尔开关电路的一个优选实施例的原理图。图4a_c是图3中的霍尔电压差分放大器的替代优选实施例。具体实施例方式以下结合附图3-4对本专利技术作进一步描述参照图3，本专利技术霍尔开关电路包括对温度恒定的稳压器301，连接在稳压器301 的输出与地线之间的霍尔感应片302，两个输入端分别与霍尔感应片302相连的霍尔电压 差分放大器303，与该霍尔电压差分放大器的输出端相连的迟滞宽度对温度恒定的迟滞比 较器304，以及与该迟滞比较器304的输出端相连的输出单元305。该霍尔电压差分放大器 由正比于绝对温度(PTAT)的电流源Iptat，两个NPN晶体管Q1和Q2组成的差分输入对和与 霍尔感应片同类型材料的电阻REPI1，Repi2构成。其中，PTAT电流源Iptat连接在两个NPN晶 体管Q1和Q2的发射极与地线之间以偏置该差分输入对，而与霍尔感应片同类型材料的电阻 repi1，repi2作为该差分输入对的负载，分别连接在该NPN晶体管Q1和Q2的集电极与稳压器 301的输出之间，该NPN晶体管Q1和Q2的基极分别连接至霍尔感应片302，迟滞比较器304 的两个输入端分别与该NPN晶体管Q1和Q2的集电极相连。式(3)中γ ，Vco和Vk这四项的温度系数可以忽略，由此得出Bqp和Bkp的温 度系数为 式(4)中Av表达式可以写为 式(5)中Repi为与霍尔感应片同类型材料的电阻Rfkii，Repi2的值(二者相等)，Vt 为热电势，q为电子电荷，μ N，Nd，t，L1, W1依次为电阻Repii，Repi2的电子迁移率，掺杂浓度，厚 度，长度，宽度。因Iptat和Vt都正比于绝对温度，所以Gm与温度无关，即温度系数为0。常 数q温度系数为0，N1^tL1, W1这四项温度系数都可忽略。所以Av的温度系数只与41<有 关，Av的温度系数为 由式(6)和式⑷得出Bqp和Bkp的温度系数 因电阻Repi的材料类型和霍尔感应片相同，所以由式(7)得出的Btff和Bkp的温度 系数等于同一材料的电子迁移率的温度系数和霍尔迁移率的温度系数之差，而同一材料的 电子迁移率的温度系数和霍尔迁移率的温度系数是相等的，所以‘和Bkp的温度系数为零。图4a_c是图3中霍尔电压差分放大器电路(画虚线框部分)的另外几种实施例。 其中，图4a的差分输入对换成由两个PNP晶体管构成；图4b的差分输入对换成由工作在亚 阈区的两个PMOS晶体管构成；而图4c的差分输入对换成由工作在亚阈区的两个NMOS晶体 管构成。其偏置电流和负载电阻仍为PTAT电流源和与霍尔感应片同类型材料的电阻，其本 质都是实现霍尔电压差分放大器的增益的温度系数与μ H的温度系数大小相等，符号相反 的功能。在图4a中，PTAT电流源连接在两个PNP晶体管的发射极与稳压器的输出之间，而 两个负载电阻分别连接在各PNP晶体管的集电极与地线之间，各PNP晶体管的基极分别连 接至霍尔感应片，迟滞比较器的两个输入端分别与各PNP晶体管的集电极相连。在图4b中，PTAT电流源连接在两个PMOS晶体管的源极与稳压器的输出之间，而 两个负载电阻分别连接在各PMOS晶体管的漏极与地线之间，各PMOS晶体管的栅极分别连 接至霍尔感应片，迟滞比较器的两个输入端分别与各PMOS晶体管的漏极相连。在图4c中，PTAT电流源连接在两个NMOS晶体管的源极与地线之间，而本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带温度补偿的霍尔开关电路，包括稳压器，连接在所述稳压器的输出与地线之间的霍尔感应片，两个输入端分别与所述霍尔感应片相连的霍尔电压差分放大器，与所述霍尔电压差分放大器的输出端相连的迟滞比较器，以及与所述迟滞比较器的输出端相连的输出单元，其特征在于，所述霍尔电压差分放大器包括由两个晶体管组成的差分输入对，偏置所述差分输入对的正比于绝对温度的电流源，以及分别串接在所述差分输入对的每个晶体管上的一与所述霍尔感应片同材料制成的负载电阻。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：罗立权，张良，吴玉江，
申请(专利权)人：灿瑞半导体上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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