一种单片式锁存型霍尔传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种单片式锁存型霍尔传感器，包括依次连接的霍尔极板、放大器、开关电容电路和比较器，还包括与所述开关电容电路连接的电压基准电路，其中，所述霍尔极板由外围输入的第一、第二时钟信号控制，所述开关电容电路包括均具有上、下极板的第一至第四电容；所述第一、第二时钟信号为两相非交叠的时钟信号。本实用新型专利技术通过采用第二、第三电容以及第一、第四电容分别采样经放大器放大的霍尔信号和电压基准电路输出的基准电压，并利用电荷守恒和电荷重分配原理实现霍尔信号的放大和固定失调电压的消除，同时在第一至第四电容的采样状态下引入第三时钟信号，从而避免了采样开关切换瞬间的电荷注入效应和时钟馈通效应对信号建立精度的影响。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种单片式锁存型霍尔传感器。
技术介绍
近年来，直流无刷电机在航空航天系统、国防军事装备、科学仪器、工业自动化装备、医疗器械、家电民用消费产品等领域中的应用越来越广泛，被认为是21世纪最有发展前途和广泛应用前景的电子控制电机。霍尔传感器作为其中的核心部件，其作用也越来越明显，很大程度上，霍尔传感器的性能直接决定了直流无刷电机的品质。半导体技术的发展给高集成度的单片式霍尔传感器制作带来了可能，但是由于半导体制作过程以及芯片封装工艺中一些不可避免的因素，会导致霍尔传感器存在较高的固定失调电压，失调电压往往会达到几毫伏至几十毫伏；另外，信号放大电路由于器件失配等因素也会引入固定失调电压，这个电压也在毫伏级别；而采用半导体工艺制作的霍尔传感器灵敏度往往只有0. lmV/mT左右，所以，如果不采用特殊的电路方法将这个失调电压去除，霍尔信号则会淹没在失调电压中，造成信号无法读出。美国专利US7425821提出了一种采用斩波技术消除霍尔传感器和放大器失调电压的方法，其原理基于斩波技术，采用二次调制方式，首先将霍尔信号调制到采样频率，而霍尔极板和放大器的失调电压保持不变，信号经过放大后在再用同样的频率采样，对信号再调制一次，这样霍尔信号经过二次调制后回到基频，而失调电压由于只调制了一次，被放到了采样频率的位置，经过抗混叠低通滤波器后，失调电压被滤掉，最终只剩下霍尔信号。 这种方法的好处是系统响应时间快、消除失调电压效果明显、信号通道信噪高，缺点是电路规模较大，芯片的功耗、面积都比较大。中国专利CN101833073提出了一种消除失调电压的方法，霍尔极板的信号调制方式和US7425821相同，不同的是在放大器输出端和比较器输入端之间加入了采样电容Cp C2，利用相关双采样技术消掉霍尔极板和放大器的失调电压，电路如图1所示两个基准电压A、V2,由外围基准电路(图中未示)提供；开关Ml、M2分别控制基准电压\、V1加载到采样电容C” C2的上极板；在时钟信号CLK处于采样状态时，采样电容C” C2的上极板分别接基准电压V2J1 ；在时钟信号CLK处于保持状态时，开关M1、M2关闭，采样电容CpC2的上极板处于悬空状态；由电荷守恒原理可知，此时，采样电容CpC2上极板的电压差满足=Vb-Va =(V2-V1^(IAVh),该式中的A为放大器1’的增益，Vh为霍尔信号。可以看出，这种方法在消除失调电压的同时，也得到了霍尔信号Vh的迟滞区间V2-V115这种方法虽然能够以较为简单的电路消除霍尔极板和放大器的失调电压，但是仍然存在几点不足首先，开关Ml、M2直接接在采样电容Cp C2的上极板，在开关Ml、M2关断瞬间，由于电荷注入和时钟馈通效应的影响，会直接导致采样信号的建立精度出现偏差；其次，开关M1、M2切换瞬间的踢回噪声(kicliback noise)会直接耦合回基准电压 V2J1上，导致基准电压在开关M1、M2切换瞬间发生变化，如果恢复时间不够，也会影响信号的建立精度；最后，由于霍尔极板的灵敏度会随温度的升高而降低，从而会降低迟滞区间随温度的稳定性。基于上述原因，目前需要对此类单片式霍尔传感器进行改进。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺点，本技术旨在提供一种单片式锁存型霍尔传感器，以较为简单的电路消除失调电压，避免开关切换对信号放大精度的影响，降低噪声影响并获得更好的温度稳定性。本技术所述的一种单片式锁存型霍尔传感器，它包括依次连接的霍尔极板、 放大器、开关电容电路和比较器，还包括与所述开关电容电路连接的电压基准电路，其中， 所述霍尔极板由外围输入的第一、第二时钟信号控制，所述电压基准电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述开关电容电路包括均具有上、下极板的第一至第四电容，其中，第一、第二电容的上极板相连至所述比较器的正输入端，第三、第四电容的上极板相连至所述比较器的负输入端，第一、第四电容的下极板分别连接至所述电压基准电路的负输出端和正输出端， 且第一、第四电容的电容值相等，第二、第三电容的下极板分别连接至所述放大器的正输出端和负输出端，且第二、第三电容的电容值相等；所述第一、第二时钟信号为两相非交叠的时钟信号，当第一时钟信号为高电平时， 所述电压基准电路通过由外围输入的第三时钟信号控制的采样开关向所述第一至第四电容的上极板输出共模电平，所述第三时钟信号的下降沿相对于第一时钟信号的下降沿提前时间t。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述第一至第四电容的上极板通过采样开关连接到所述第一分压电阻和第二分压电阻之间。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述电压基准电路与所述采样开关之间连接有电压缓冲器。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述电压缓冲器的正输入端连接到所述第一分压电阻和第二分压电阻之间，其负输入端与其输出端相连至所述采样开关。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述电压基准电路包括与所述第一分压电阻串联的温度补偿模块。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述温度补偿模块包括具有正温度系数的温度补偿电阻。在上述的单片式锁存型霍尔传感器中，所述时间t的范围为100-1000纳秒。由于采用了上述技术方案，本技术通过采用新型开关电容采样、放大技术，使两组采样电容，即第二、第三电容以及第一、第四电容分别采样经放大器放大的霍尔信号和电压基准电路输出的基准电压，并利用电荷守恒和电荷重分配原理实现霍尔信号的放大和固定失调电压的消除，同时在第一至第四电容的采样状态下引入特殊的采样时序，即第三时钟信号，从而避免了采样开关切换瞬间的电荷注入效应和时钟馈通效应对信号建立精度的影响。本技术还在电压基准电路和开关电容电路之间加入了电压缓冲器，避免了采样开关切换瞬间产生的踢回噪声对基准电压的影响。另外，本技术中的电压基准电路4中还增设了温度补偿模块，通过这种正温度系数的电阻补偿了传感器的迟滞电压区间，使得迟滞电压区间随温度的升高而减小，进而补偿了霍尔极板的霍尔系数随温度的升高而降低的效应，使得芯片的灵敏度温漂效应减小。附图说明图1是现有霍尔传感器的失调消除电路的原理图；图2是本技术的单片式锁存型霍尔传感器的结构框图；图3是本技术中霍尔极板的时序控制示意图；图4是本技术中第一、第二时钟信号的时序关系图；图5是本技术中霍尔极板在第一时钟信号为高电平时的工作原理图；图6是本技术中霍尔极板在第二时钟信号为高电平时的工作原理图；图7是本技术中电压基准电路的结构框图；图8是本技术中电压基准电路的温度补偿曲线效果图；图9是本技术中开关电容电路的结构原理图；图10是本技术中第二、第三时钟信号的时序关系图；图11是本技术中开关电容电路在第一时钟信号为高电平时的工作原理图；图12是本技术中开关电容电路在第二时钟信号为高电平时的工作原理图。具体实施方式下面根据附图，给出本技术的较佳实施例和替代实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本技术的功能、特点。如图2所示，本技术，即一种单片式锁存型霍尔传感器，包括稳压电路1、电压基准电路2、电压缓冲器3、霍尔极板4、放大器5、开关电容电路6、比较器7、振荡器8、数字逻辑控制电路9和输出功率管10。稳压电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄颖，彭卓，贾晓钦，陈忠志，
申请(专利权)人：上海腾怡半导体有限公司，
类型：实用新型
国别省市：