具有数字输出的准确且成本高效的线性霍尔传感器制造技术

本发明专利技术涉及具有数字输出的准确且成本高效的线性霍尔传感器。本发明专利技术的一个实施例涉及具有被配置为生成与所施加磁场成比例的数字信号的磁场传感器器件的磁性传感器电路。模拟到数字转换器将模拟信号转换成数字信号，该数字信号被提供给被配置为数字地跟踪模拟输出信号的数字信号处理单元。数字跟踪单元包括被配置为生成对应于斩波阶段的多个数字信号分量的延迟去除电路。可以通过以数学方式对由延迟去除电路生成的多个数字信号分量进行操作（例如相加或相加）来在斩波阶段内生成非延迟偏移补偿数字输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及具有数字输出的准确且成本高效的线性霍尔传感器。
技术介绍
霍耳效应器件是基于霍尔效应原理响应于磁场进行操作的固态电子器件，由所述霍尔效应现象，在存在磁场的情况下在电导体两端产生电压差。常规霍尔效应器件通常包括称为霍尔板的平面结构，其被配置为生成与施加的磁场成比例的输出信号(例如电压或电流)。可以将霍尔板配置为平行于衬底的表面(横向霍尔板)或垂直于衬底的表面(垂直霍尔板)。霍尔效应器件(例如霍尔板)到半导体主体(例如硅衬底)中的集成在许多应用中已变得普遍。霍尔效应器件的ー个主要问题是零点偏移误差，其为在不存在磁场的情况下(即磁场等于零)由霍尔效应器件提供的非零输出信号(例如电压、电流)。霍尔效应器件的偏移误差可能是由因制造公差或机械应カ或热电电压引起的小的器件不对称而引起的。为了减小/去除霍尔效应器件所经历的偏移误差，可以将霍尔效应器件配置为沿着器件的不同取向获取读数。称为“电流自旋(current spinning)”的此类方法沿着不同的方向通过霍尔效应器件发送电流并以减小偏移的方式将输出信号組合。例如，可以在测量之间使方形霍尔板旋转90°并且然后可以在自旋循环内取霍尔输出信号的平均值。虽然电流自旋方法可以减小偏移误差，但此类方法不能单独地完全去除偏移误差。
技术实现思路
在本专利技术的ー个方面中，涉及ー种磁性传感器电路，包括磁场传感器器件，其被配置为生成与所施加磁场成比例的模拟信号；模拟到数字转换器(ADC)，其被配置为将模拟信号转换成数字信号；以及数字信号处理单元，其被配置为数字地跟踪模拟信号，该数字信号处理单元包括延迟去除电路，该延迟去除电路被配置为基于被跟踪数字信号来生成对应于斩波阶段的多个数字信号分量，并以数学方式对所述多个数字信号分量进行操作以在斩波阶段内生成非延迟、偏移补偿数字输出信号。在本专利技术的另一方面中，涉及ー种用于数字地跟踪从磁场传感器器件输出的模拟信号的方法，包括生成与由磁场传感器器件检测的所施加磁场成比例的模拟信号；生成跟踪模拟信号的被跟踪数字信号；基于被跟踪数字信号来生成多个数字信号分量，其中，所述多个数字信号分量中的两个或更多对应于斩波阶段；以及以数学方式对对应于斩波阶段的所述多个数字信号分量中的两个或更多进行操作以在斩波阶段内生成非延迟、偏移补偿数字输出信号。在本专利技术的又一方面中，涉及ー种磁性传感器电路，包括磁场传感器器件，其被配置为生成与所施加磁场成比例的模拟输出信号；斩波生成电路，其被耦合到磁场传感器的输出端并被配置为通过周期性地改变模拟信号的分量的极性来生成斩波信号；数字跟踪単元，其被耦合到斩波生成电路的输出端，该数字跟踪单元包括多个寄存器，各个寄存器、被配置为存储对应于斩波阶段的数字信号分量；以及逻辑元件，其被配置为对对应于特定斩波阶段的第一和第二数字信号分量进行相加或相减以生成非延迟、偏移补偿数字输出信号，其中，第一数字信号分量是由充当主寄存器的所述多个寄存器中的ー个提供的且第二数字信号分量是由充当从属寄存器的所述多个寄存器中的ー个提供的，所述主寄存器存储非延迟数字信号分量，所述从属寄存器存储延迟数字信号分量。附图说明图Ia举例说明被配置为生成与磁场传感器的输出成比例的偏移补偿输出信号的磁性传感器电路。图Ib举例说明对应于图Ia的磁性传感器电路的信号图。图2举例说明被配置为生成跟踪从磁场传感器输出的模拟信号的非延迟、偏移补偿输出信号的磁性传感器电路的第一实施例的方框图。 图3举例说明磁性传感器电路的方框图，示出示例性数字信号处理组件的更详细实施例。图4举例说明磁性传感器电路，示出延迟去除元件的更详细实施例。图5a举例说明具有包括多个寄存器的延迟去除元件的磁性传感器电路的更特别的实施例。图5b举例说明在图5a的磁性传感器电路中示出的多个寄存器的更详细实施例。图5c举例说明在图5a的磁性传感器电路中示出的多个寄存器的替换实施例。图5d举例说明在图5a的磁性传感器电路中示出的多个寄存器的另ー替换实施例。图5e举例说明对应于图5b所示的磁性传感器电路的信号图。图6a举例说明具有包括数字低通滤波器的延迟去除元件的磁性传感器电路的替换实施例。图6b举例说明对应于图6a的磁性传感器电路的信号图。图7是举例说明用于以生成非延迟、偏移补偿数字输出信号的方式数字地跟踪磁场传感器输出信号的方法的流程图。具体实施例方式现在将參考附图来描述本专利技术，其中，自始至终使用相似的附图标记来指示相似的元件，并且其中，所示的结构和器件不必按比例描绘。本公开的某些方面提供了ー种包括被配置为高效地跟踪磁场传感器器件的输出的数字信号处理单元的磁性传感器电路。在一个实施例中，所述方法和设备包括具有被配置为生成与施加的磁场成比例的模拟信号的磁场传感器器件的磁性传感器电路。模拟到数字转换器将模拟信号转换成数字信号，该数字信号被提供给被配置为数字地跟踪模拟信号的数字信号处理单元。数字跟踪单元包括被配置为生成对应于斩波阶段(chopping phase)的多个数字信号分量的延迟去除电路。可以通过以数学方式对由延迟去除电路生成的多个数字信号分量进行操作(例如相加或相加)来在斩波阶段内生成非延迟偏移补偿数字输出信号，从而提供高性能数字跟踪。将认识到的是在本文中提供的方法和设备不限于特定类型的磁场传感器器件，而是替代地可以应用于包括经历零点偏移误差的任何磁场传感器器件的磁性传感器电路。例如，在某些实施例中，可以将在本文中提供的方法和设备应用于包括诸如霍尔效应器件、翻转(flipping)各向异性磁阻(AMR)磁场传感器等的磁场传感器器件的磁性传感器电路。參考图la，本专利技术人已认识到可以将磁性传感器电路100配置为响应干与由磁场传感器器件102检测的磁场相对应的模拟信号来生成数字输出信号。该模拟信号被从磁场传感器器件102提供给模拟到数字转换器(ADC) 106，其将模拟信号转换成数字信号，该数字信号随后被数字信号处理单元108跟踪(例如使用逐步跟踪、高信号斜率下的自适应跟踪等)。虽然在本文中被示为单独元件，但是在各种实施例中，ADC 106或其功能等同物可以是数字信号处理单元108的一部分。 为了从被跟踪数字信号去除零点偏移，将斩波生成电路104配置为周期性地切換模拟信号的分量的极性(例如在不同的斩波阶段期间切換)以生成斩波信号。数字信号处理単元108能够将斩波数字信号相加或相减以生成被提供给数字输出端110的具有被去除/减小的偏移值的数字输出信号。例如，图Ib举例说明对应于图Ia的磁性传感器电路的信号图，特别地举例说明跟踪从磁场传感器器件102输出的模拟信号的数字信号的斩波。如图表112所示，在第一斩波阶段126期间，具有正偏移信号分量116a的正基础信号分量114a被作为数字信号118(具有比正基础信号分量114a更大的绝对量值，因为偏移信号分量116a具有与基础信号分量114a相同的符号)跟踪。在第二斩波阶段128期间，具有负偏移信号分量116b的正基础信号分量114b被作为数字信号120 (具有比正基础信号分量114b更小的绝对量值，因为偏移信号分量116b具有与基础信号分量114b相反的符号)跟踪，同时数字信号118保持恒定。图表122举例说明数字信号118和120的加和。由于数字信号1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.17 US 13/050,2861.一种磁性传感器电路，包括 磁场传感器器件，其被配置为生成与所施加磁场成比例的模拟信号； 模拟到数字转换器(ADC)，其被配置为将模拟信号转换成数字信号；以及数字信号处理单元，其被配置为数字地跟踪模拟信号，该数字信号处理单元包括延迟去除电路，该延迟去除电路被配置为基于被跟踪数字信号来生成对应于斩波阶段的多个数字信号分量，并以数学方式对所述多个数字信号分量进行操作以在斩波阶段内生成非延迟、偏移补偿数字输出信号。2.权利要求I的磁性传感器电路，其中，所述延迟去除电路包括 第一信号路径，其被配置为提供对应于斩波阶段的第一数字信号分量； 第二信号路径，其包括被配置为对数字信号进行操作以提供对应于斩波阶段的第二数字信号分量的一个或多个延迟去除元件；以及 逻辑元件，其被配置为对第一和第二数字信号分量进行相加或相减以生成非延迟、偏移补偿数字输出信号。3.权利要求2的磁性传感器电路， 其中，所述第一信号路径包括一个或多个延迟去除元件，其包括被配置为存储包括被跟踪数字信号的第一数字信号分量的第一寄存器，以及 其中，所述第二信号路径中的一个或多个延迟去除元件包括被配置为存储包括被跟踪数字信号的第二数字信号分量的第二寄存器。4.权利要求3的磁性传感器电路，其中，所述延迟去除电路包括附加信号路径，各个附加信号路径包括被配置为存储附加数字信号分量的附加寄存器。5.权利要求3的磁性传感器电路，其中，第一信号路径中的一个或多个延迟去除元件还包括第一钳位元件且第二信号路径中的一个或多个延迟去除元件还包括第二钳位元件，第一和第二钳位元件被配置为在选择性斩波阶段内的一个或多个时钟周期处选择性地停止对数字信号的跟踪。6.权利要求5的磁性传感器电路， 其中，在第一斩波阶段期间，第一钳位元件被配置为在一个或多个时钟周期内停止对存储在第一寄存器中的第一数字信号分量的跟踪，以及 其中，在紧接着后续的第二斩波阶段期间，第二钳位元件被配置为在一个或多个第一时钟周期内对存储在第二寄存器中的第二数字信号分量的跟踪进行钳位。7.权利要求2的磁性传感器电路，还包括 斩波生成电路，其被配置为在不调制模拟信号的偏移分量的情况下调制模拟信号的基础分量，从而促使数字信号包括高频调制基础分量和低频偏移分量。8.权利要求7的磁性传感器电路， 其中，所述第一信号路径包括第一数字斩波调制器，其被配置为对数字信号进行解调并提供具有低频基础分量和高频调制偏移分量的第一数字信号分量； 其中，所述第二信号路径包括 低通滤波器，其被配置为对数字信号进行低通滤波以生成具有基本上零振幅的基础分量和低频偏移分量的信号；以及 第二数字斩波调制器，其被配置为对低频偏移分量进行调制以生成具有高频调制偏移分量的第二数字信号分量。9.权利要求7的磁性传感器电路,其中,所述斩波生成电路包括一个或多个ADC输入斩波器开关，其被设置在数字信号处理单元的上游且被配置为在斩波频率下选择性地将磁场传感器的轴耦合到数字信号处理单元。10.权利要求9的磁性传感器电路，其中，以与当模拟信号的极性交替时相同的方式连接ADC输入斩波器开关，但是在每个自旋阶段结束时使ADC输入斩波器开关断开以补偿不对称电荷注入。11.权利要求7的磁性传感器电路， 其中，所述斩波生成电路包括分别被耦合到DC电流源的多个电流逆变开关，以及其中，所述多个电流逆变开关被选择性地操作以便以周期性地使...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莫茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：