AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法与流程

文档序号:12295535
AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法与流程
本发明属于AMR磁开关技术领域,涉及一种AMR磁开关电路,尤其涉及一种AMR磁开关电路的温度补偿电路;同时,本发明还涉及一种AMR磁开关电路的温度补偿方法。

背景技术:
各向异性磁阻元件(AnisotropicMagneto-Resistive,简称AMR)是用于检测磁场的重要磁性传感器元件。它被广泛应用在汽车,工业控制,家电,通讯设备中,用于检测速度、角度、位置等信息。与传统的霍尔效应元件相比,AMR具有功耗低、灵敏度高等优良特性。但是AMR自身的温度漂移比较大。它的灵敏度会随温度的升高而降低,典型的温度系数可达到-3000ppm/K至-4000ppm/K。如果对AMR元件的温度漂移不做补偿,它会对传感器的特性产生重大影响。图1显示了一个由4个AMR元件组成的惠斯通(Wheatstonebridge)电桥。它的工作原理是在加载了一定的偏置电压VBIAS后,它的差分电压输出VOUT=VP-VN,会随外加磁场的强度而变化。通过检测VOUT的大小,可以检测到外界磁场的强弱。图2显示了一种现有的应用AMR检测外界磁场输出高低电平的磁开关电路。在没有外界磁场是,它输出一个固定的高电平。在有外界磁场时,它将AMR电桥产生的差分电压VOUT放大后通过比较器判断,当VOUT达到一定的阈值VREF时,电路将输出低电平。在这个电路中,AMR的偏置电压VBIAS和比较器的阈值电压VREF均为固定的,所以当温度变化引起AMR输出变化时,磁开关的翻转点(即输出由高变低或由低变高所对应的磁场强度)将随温度而变化。这是在其应用中需要避免的情况。有鉴于此,如今迫切需要设计一种新的AMR磁开关电路,以便克服现有AMR磁开关电路存在的上述缺陷。

技术实现要素:
本发明所要解决的技术问题是:提供一种AMR磁开关电路的温度补偿电路,可改善磁开关翻转点的温度特性,使其磁参数在宽的温度范围内保持很好的一致性。此外,本发明还提供一种AMR磁开关电路的温度补偿方法,可改善磁开关翻转点的温度特性,使其磁参数在宽的温度范围内保持很好的一致性。为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种AMR磁开关电路的温度补偿电路,所述温度补偿电路包括:第一电压生成模块、第二电压生成模块;所述第一电压生成模块用以生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压,其不随电源电压或温度的变化而变化;所述第二电压生成模块用以生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt会下降;当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿;所述温度补偿电路具体包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六NMOS管M6、第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻Rbg;电源电压VDD分别连接所述第七PMOS管M7的源极、第五PMOS管M5的源极、第三PMOS管M3的源极、第四PMOS管M4的源极、第八PMOS管M8的源极;所述第七PMOS管M7的漏极连接第五电阻R5的第一端,第五电阻R5的第二端连接第六电阻R6的第一端,第六电阻R6的第二端接地;第五电阻R5、第六电阻R6之间形成第二电压Vpt;所述第七PMOS管M7的栅极连接第五PMOS管M5的栅极、第五PMOS管M5的漏极、第六NMOS管M6的漏极,第六NMOS管M6的源极通过第四电阻R4接地;第六NMOS管M6的栅极连接第一NMOS管M1;所述第三PMOS管M3的栅极连接第四PMOS管M4的栅极、第三PMOS管M3的漏极;第三PMOS管M3的漏极连接第一NMOS管M1的漏极;第一NMOS管M1的源极连接第二电阻R2的第一端、第一三极管Q1的集电极;第一三极管Q1的基极连接第一三极管Q1的集电极,第一三极管Q1的发射极接地;所述第四PMOS管M4的漏极连接第二NMOS管M2的漏极、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极;第二NMOS管M2的源极连接第一电阻R1的第一端、第三电阻R3的第一端;第三电阻R3的第二端接地,第一电阻R1的第二端连接第二三极管Q2的集电极、第二三极管Q2的基极,第二三极管Q2的发射极接地;所述第八PMOS管M8的栅极连接第四PMOS管M4,第八PMOS管M8的漏极连接第七电阻Rbg的第一端,第七电阻Rbg的第二端接地;第八PMOS管M8的漏极、第七电阻Rbg之间形成第一电压Vbg;通过第二电阻R2的电流具有负温度系数,通过第一三极管Q1的电流具有正温度系数,当二者互相抵消时,它们的和电流具有零温度系数,该电流通过第一电流镜成为输出参考电流Ibg,第一电流镜包括M3和M8;通过选择合适的第四电阻R4阻值让流过第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的电流相等,则第六NMOS管M6的源极电压等于第一三极管Q1的Vbg,由于Vbg具有负温度系数,此时通过第四电阻R4的电流也具有了负温度系数;然后再通过第二电流镜得到输出参考电流Ipt,第二电流镜包括M5和M7,它也同样具有负温度系数;要想使Ipt的温度系数与AMR的温度系数达到一致,对第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的长宽比例和第四电阻R4和第一电阻R1的阻值比例做微调。一种AMR磁开关电路的温度补偿电路,所述温度补偿电路包括:第一电压生成模块、第二电压生成模块;所述第一电压生成模块用以生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压;所述第二电压生成模块用以生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt下降。作为本发明的一种优选方案,所述第一电压生成模块生成的第一电压Vbg不随电源电压或温度的变化而变化。作为本发明的一种优选方案,当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿。作为本发明的一种优选方案,所述温度补偿电路具体包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六NMOS管M6、第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻Rbg;电源电压VDD分别连接所述第七PMOS管M7的源极、第五PMOS管M5的源极、第三PMOS管M3的源极、第四PMOS管M4的源极、第八PMOS管M8的源极;所述第七PMOS管M7的漏极连接第五电阻R5的第一端,第五电阻R5的第二端连接第六电阻R6的第一端,第六电阻R6的第二端接地;第五电阻R5、第六电阻R6之间形成第二电压Vpt;所述第七PMOS管M7的栅极连接第五PMOS管M5的栅极、第五PMOS管M5的漏极、第六NMOS管M6的漏极,第六NMOS管M6的源极通过第四电阻R4接地;第六NMOS管M6的栅极连接第一NMOS管M1;所述第三PMOS管M3的栅极连接第四PMOS管M4的栅极、第三PMOS管M3的漏极;第三PMOS管M3的漏极连接第一NMOS管M1的漏极;第一NMOS管M1的源极连接第二电阻R2的第一端、第一三极管Q1的集电极;第一三极管Q1的基极连接第一三极管Q1的集电极,第一三极管Q1的发射极接地;所述第四PMOS管M4的漏极连接第二NMOS管M2的漏极、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极;第二NMOS管M2的源极连接第一电阻R1的第一端、第三电阻R3的第一端;第三电阻R3的第二端接地,第一电阻R1的第二端连接第二三极管Q2的集电极、第二三极管Q2的基极,第二三极管Q2的发射极接地;所述第八PMOS管M8的栅极连接第四PMOS管M4,第八PMOS管M8的漏极连接第七电阻Rbg的第一端,第七电阻Rbg的第二端接地;第八PMOS管M8的漏极、第七电阻Rbg之间形成第一电压Vbg。一种AMR磁开关电路的温度补偿方法,所述温度补偿方法包括:第一电压生成模块生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压;第二电压生成模块生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt下降。作为本发明的一种优选方案,所述第一电压生成模块生成的第一电压Vbg不随电源电压或温度的变化而变化。作为本发明的一种优选方案,当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿。作为本发明的一种优选方案,所述温度补偿方法通过温度补偿电路实现;温度补偿电路具体包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六NMOS管M6、第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻Rbg;电源电压VDD分别连接所述第七PMOS管M7的源极、第五PMOS管M5的源极、第三PMOS管M3的源极、第四PMOS管M4的源极、第八PMOS管M8的源极;所述第七PMOS管M7的漏极连接第五电阻R5的第一端,第五电阻R5的第二端连接第六电阻R6的第一端,第六电阻R6的第二端接地;第五电阻R5、第六电阻R6之间形成第二电压Vpt;所述第七PMOS管M7的栅极连接第五PMOS管M5的栅极、第五PMOS管M5的漏极、第六NMOS管M6的漏极,第六NMOS管M6的源极通过第四电阻R4接地;第六NMOS管M6的栅极连接第一NMOS管M1;所述第三PMOS管M3的栅极连接第四PMOS管M4的栅极、第三PMOS管M3的漏极;第三PMOS管M3的漏极连接第一NMOS管M1的漏极;第一NMOS管M1的源极连接第二电阻R2的第一端、第一三极管Q1的集电极;第一三极管Q1的基极连接第一三极管Q1的集电极,第一三极管Q1的发射极接地;所述第四PMOS管M4的漏极连接第二NMOS管M2的漏极、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极;第二NMOS管M2的源极连接第一电阻R1的第一端、第三电阻R3的第一端;第三电阻R3的第二端接地,第一电阻R1的第二端连接第二三极管Q2的集电极、第二三极管Q2的基极,第二三极管Q2的发射极接地;所述第八PMOS管M8的栅极连接第四PMOS管M4,第八PMOS管M8的漏极连接第七电阻Rbg的第一端,第七电阻Rbg的第二端接地;第八PMOS管M8的漏极、第七电阻Rbg之间形成第一电压Vbg。作为本发明的一种优选方案,通过第二电阻R2的电流具有负温度系数,通过第一三极管Q1的电流具有正温度系数,当二者互相抵消时,它们的和电流具有零温度系数,该电流通过第一电流镜成为输出参考电流Ibg,第一电流镜包括M3和M8;通过选择合适的第四电阻R4阻值让流过第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的电流相等,则第六NMOS管M6的源极电压等于第一三极管Q1的Vbg,由于Vbg具有负温度系数,此时通过第四电阻R4的电流也具有了负温度系数;然后再通过第二电流镜得到输出参考电流Ipt,第二电流镜包括M5和M7,它也同样具有负温度系数;要想使Ipt的温度系数与AMR的温度系数达到一致,对第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的长宽比例和第四电阻R4和第一电阻R1的阻值比例做微调。本发明的有益效果在于:本发明提出的AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法,通过对AMR元件的温度漂移做补偿,改善磁开关翻转点的温度特性,使其磁参数在宽的温度范围内保持很好的一致性。温度补偿的电路实现是在传统的带隙基准电路上增加一个简单的旁路产生具有负温度系数的参考电流。实现方法简单,增加的电路面积和功率很小。附图说明图1:由AMR元件组成的惠斯通电桥示意图。图2:常见的AMR磁开关电路框图。图3:带温度补偿的AMR磁开关的电路框图。图4:增加了PTAT输出的带隙基准电路图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一请参阅图3、图4,本发明揭示了一种AMR磁开关电路的温度补偿电路,所述温度补偿电路包括:第一电压生成模块、第二电压生成模块。所述第一电压生成模块用以生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压,其不随电源电压或温度的变化而变化。所述第二电压生成模块用以生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt会下降。当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿。请参阅图4,所述温度补偿电路具体包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三PMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六NMOS管M6、第七PMOS管M7、第八PMOS管M8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻Rbg。电源电压VDD分别连接所述第七PMOS管M7的源极、第五PMOS管M5的源极、第三PMOS管M3的源极、第四PMOS管M4的源极、第八PMOS管M8的源极。所述第七PMOS管M7的漏极连接第五电阻R5的第一端,第五电阻R5的第二端连接第六电阻R6的第一端,第六电阻R6的第二端接地;第五电阻R5、第六电阻R6之间形成第二电压Vpt。所述第七PMOS管M7的栅极连接第五PMOS管M5的栅极、第五PMOS管M5的漏极、第六NMOS管M6的漏极,第六NMOS管M6的源极通过第四电阻R4接地;第六NMOS管M6的栅极连接第一NMOS管M1。所述第三PMOS管M3的栅极连接第四PMOS管M4的栅极、第三PMOS管M3的漏极;第三PMOS管M3的漏极连接第一NMOS管M1的漏极;第一NMOS管M1的源极连接第二电阻R2的第一端、第一三极管Q1的集电极;第一三极管Q1的基极连接第一三极管Q1的集电极,第一三极管Q1的发射极接地。所述第四PMOS管M4的漏极连接第二NMOS管M2的漏极、第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的栅极;第二NMOS管M2的源极连接第一电阻R1的第一端、第三电阻R3的第一端;第三电阻R3的第二端接地,第一电阻R1的第二端连接第二三极管Q2的集电极、第二三极管Q2的基极,第二三极管Q2的发射极接地。所述第八PMOS管M8的栅极连接第四PMOS管M4,第八PMOS管M8的漏极连接第七电阻Rbg的第一端,第七电阻Rbg的第二端接地;第八PMOS管M8的漏极、第七电阻Rbg之间形成第一电压Vbg。通过第二电阻R2的电流具有负温度系数,通过第一三极管Q1的电流具有正温度系数,当二者互相抵消时,它们的和电流具有零温度系数,该电流通过第一电流镜成为输出参考电流Ibg,第一电流镜包括M3和M8。通过选择合适的第四电阻R4阻值让流过第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的电流相等,则第六NMOS管M6的源极电压等于第一三极管Q1的Vbg,由于Vbg具有负温度系数,此时通过第四电阻R4的电流也具有了负温度系数;然后再通过第二电流镜得到输出参考电流Ipt,第二电流镜包括M5和M7,它也同样具有负温度系数;要想使Ipt的温度系数与AMR的温度系数达到一致,对第六NMOS管M6和第一NMOS管M1的长宽比例和第四电阻R4和第一电阻R1的阻值比例做微调。本发明还揭示一种AMR磁开关电路的温度补偿方法,所述温度补偿方法包括:第一电压生成模块生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压。所述第一电压生成模块生成的第一电压Vbg不随电源电压或温度的变化而变化。第二电压生成模块生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt会下降。当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿。所述温度补偿方法通过上述温度补偿电路实现。请参阅图3,本发明揭示了一种可以对AMR的温度漂移做补偿的电路技术。在这个电路中,AMR的偏置电压由Vbg决定,而比较器的阈值电压由Vpt决定。Vbg是由带隙基准电路产生的参考电压,它不随电源电压或温度的变化而变化。Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,也就是说当温度上升时,Vpt会下降。当Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,起到了温度补偿的效果。图4揭示了一种基于传统的带隙基准电路产生Vbg和Vpt的方法。它右半边的电路是传统的带隙基准电路。基本工作原理是:通过R2的电流具有负温度系数,通过Q1的电流具有正温度系数,当二者互相抵消时,它们的和电流具有零温度系数,该电流通过电流镜(M3和M8)成为输出参考电流Ibg。所以Ibg的温度系数也为零。为了得到具有负温度系数的参考电流,现在增加了一个由M6和R4组成的旁路。它的工作原理是:通过选择合适的R4阻值让流过M6和M1的电流相等,则M6的源极电压等于三极管Q1的Vbg,由于Vbg具有负温度系数,此时通过R4的电流也具有了负温度系数。然后再通过电流镜M5和M7得到输出参考电流Ipt,它也同样具有负温度系数。要想使Ipt的温度系数与AMR的温度系数达到一致,可以对M6和M1的长宽比例和R4和R1的阻值比例做微调。实施例二一种AMR磁开关电路的温度补偿电路,所述温度补偿电路包括:第一电压生成模块、第二电压生成模块。所述第一电压生成模块用以生成决定AMR偏置电压的第一电压Vbg;第一电压Vbg由带隙基准电路产生的参考电压;所述第一电压生成模块生成的第一电压Vbg不随电源电压或温度的变化而变化。所述第二电压生成模块用以生成决定比较器阈值电压的第二电压;第二电压Vpt是一个具有负温度系数的参考电压,即当温度上升时,第二电压Vpt会下降。当第二电压Vpt的温度系数和AMR的温度系数相等时,由于AMR的输出和比较器的阈值同时随温度变化,磁开关的翻转点将不随温度而变化,从而进行温度补偿。综上所述,本发明提出的AMR磁开关电路的温度补偿电路及补偿方法,通过对AMR元件的温度漂移做补偿,改善磁开关翻转点的温度特性,使其磁参数在宽的温度范围内保持很好的一致性。温度补偿的电路实现是在传统的带隙基准电路上增加一个简单的旁路产生具有负温度系数的参考电流。实现方法简单,增加的电路面积和功率很小。这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其它形式、结构、布置、比例,以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
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