电流产生电路及其霍尔电路的制作方法

本发明涉及电子电路，更具体地，本发明涉及电流产生电路及霍尔电路。

背景技术：

在一些应用场合中，例如某些霍尔电路中，需要生成和一参考电压成比例的电流。例如，对于典型的ptat(proportionaltoabsolutetemperature)电流产生电路来说，其生成的ptat电流和绝对温度相关，而和参考电压无关。然而，对于某些应用中的ptat电流，例如，用作某些霍尔电路偏置电流的ptat电流，我们希望其与参考电压相关联，会随着参考电压的变化而变化，例如，和参考电压成比例，如成正比。

因此，需要提出一种输出电流和参考电压相关联的电流产生电路。

技术实现要素：

依据本发明实施例的一个方面，提出了一种电流产生电路，包括：参考时钟产生电路，提供参考时钟信号，其中，参考时钟信号的频率与参考电压相关联；锁相环电路，输出校准时钟信号，锁相环电路接收参考时钟信号和锁相环电路输出的校准时钟信号，根据校准时钟信号和参考时钟信号之间的相位差对校准时钟信号进行调节以使校准时钟信号与参考时钟信号的相位差减小；以及输出电路，耦接至锁相环电路，锁相环电路控制输出电路以使得输出电路根据校准时钟信号和参考时钟信号之间的相位差产生输出电流。

依据本发明实施例的另一个方面，提出了一种霍尔电路，包括：电流产生电路，产生输出电流；霍尔传感器，耦接至电流产生电路以接收输出电流，霍尔传感器根据输出电流产生霍尔电压；以及放大系统，耦接至霍尔传感器以接收霍尔电压，并根据霍尔电压产生输出电压。其中，电流产生电路包括：参考时钟产生电路，提供参考时钟信号，其中，参考时钟信号的频率与参考电压相关联；锁相环电路，输出校准时钟信号，锁相环电路接收参考时钟信号和锁相环电路输出的校准时钟信号，根据校准时钟信号和参考时钟信号之间的相位差对校准时钟信号进行调节以使校准时钟信号与参考时钟信号的相位差减小；以及输出电路，耦接至锁相环电路，锁相环电路控制输出电路以使得输出电路根据校准时钟信号和参考时钟信号之间的相位差产生输出电流。

利用本发明实施例提出的电流产生电路，能够产生和参考电压成比例的电流，可应用在有如是需求的电路，如霍尔电路中。

附图说明

图1示出依据本发明一实施例的电流产生电路100。

图2示出依据本发明一实施例的用作图1所示参考时钟产生电路101的参考时钟产生电路200。

图3示出依据本发明一实施例的用作图1所示锁相环电路102的锁相环电路300。

图4示出依据本发明一实施例的用于图3所示压控振荡电路vco的压控振荡电路400。

图5示出依据本发明一实施例的输出电路500。

图6示出将图2～5中各个电路结合生成的电流产生电路600。

图7示出图6所示电流产生电路600的仿真结果图。

图8示出依据本发明一实施例的的霍尔电路800。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1示出依据本发明一实施例的电流产生电路100。如图1所示，电流产生电路100示例性地包括参考时钟产生电路101、锁相环电路102和输出电路103。参考时钟产生电路101提供参考时钟信号clk1，其中，参考时钟信号clk1具有频率fclk1，且其中，频率fclk1和一参考电压vref相关联，即，频率fclk1随着参考电压vref的变化而变化。更具体地，频率fclk1和参考电压vref成正比。

图2示出依据本发明一实施例的用作图1所示参考时钟产生电路101的参考时钟产生电路200。如图2所示，参考时钟产生电路200示例性地包括参考电流源cs1、第一电容c1、第一开关s1、第一比较器cmp1以及第一反相器inv1。参考电流源cs1具有输出端，参考电流源cs1在输出端提供参考电流iref，参考电流iref和一参考电压vref成正比，即iref＝k×vref，其中，k为比例因子，且参考电流iref具有从参考电流源cs1流出的方向。第一电容c1和第一开关s1均耦接于参考电流源cs1的输出端和参考地gnd之间，第一电容c1上具有第一电容电压vc1。第一比较器cmp1具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第一电压v1，其第二输入端耦接至参考电流源cs1的输出端以接收第一电容c1上的第一电容电压vc1。在一个实施例中，第一电压v1为带隙基准电压，采用带隙基准电压作为第一电压v1可以使参考时钟产生电路200的精度控制在2％以内。在一个实施例中，第一比较器cmp1的第一输入端为同相端，且第一比较器cmp1的第二输入端为反相端。第一比较器cmp1将第一电压v1与第一电容电压vc1进行比较，并在其输出端产生第一比较信号scmp1。第一反相器inv1具有输入端和输出端，其中，第一反相器inv1的输入端耦接至第一比较器cmp1的输出端以接收第一比较信号scmp1，第一反相器inv1的输出端提供参考时钟信号clk1，且第一反相器inv1的输出端耦接至第一开关s1以控制第一开关s1的导通与关断。

参考时钟产生电路200在工作时，参考电流iref对第一电容c1充电，第一电容c1上的第一电容电压vc1从零逐渐增大，直到增大至第一电压v1。在此过程中，由于第一电容电压vc1小于第一电压v1，第一比较器cmp1输出高电平的第一比较信号scmp1，而经第一反相器invl对该高电平的第一比较信号scmp1反相后，参考时钟产生电路200生成低电平的参考时钟信号clk1。该低电平的参考时钟信号clk1被提供至第一开关s1，控制第一开关s1关断，使得第一电容c1在此过程中能够一直充电。而在第一电容电压vc1达到第一电压v1后，第一比较器cmp1输出低电平的第一比较信号scmp1，而经第一反相器inv1对该低电平的第一比较信号scmp1反相后，参考时钟产生电路200生成高电平的参考时钟信号clk1。该高电平的参考时钟信号clk1被提供至第一开关s1，控制第一开关s1导通，使得第一电容c1放电，第一电容电压vc1重新归置为零。如此地，参考时钟产生电路200进入下一个新的周期，由参考电流iref再对第一电容c1充电，第一电容c1上的第一电容电压vc1再次从零开始逐渐增大，参考时钟产生电路200周而复始地工作。

由上述工作过程可以容易得出，参考时钟信号clk1的频率fclk1为：

锁相环电路102用于产生校准时钟信号clk2。锁相环电路102耦接至参考时钟产生电路101以接收参考时钟信号clk1，另外，锁相环电路102还接收其输出的校准时钟信号clk2。锁相环电路102根据校准时钟信号clk2与参考时钟信号clk1之间的相位差dph对校准时钟信号clk2进行调节，以使得校准时钟信号clk2与参考时钟信号clk1之间的相位差dph逐渐减小，最后，校准时钟信号clk2的相位与参考时钟信号clk1的相位相对齐，锁相环电路102将校准时钟信号clk2的相位锁定。

图3示出依据本发明一实施例的用作图1所示锁相环电路102的锁相环电路300。如图3所示，锁相环电路300示例性地包括鉴相电路pd、低通滤波电路lpf以及压控振荡电路vco。鉴相电路pd具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，鉴相电路pd的第一输入端接收参考时钟信号clk1，鉴相电路pd的第二输入端接收校准时钟信号clk2，鉴相电路pd根据校准时钟信号clk2和参考时钟信号clk1之间的相位差dph产生误差电压信号spd，误差电压信号spd与相位差dph之间具有函数关系，该函数关系可以是余弦型、锯齿型或三角型等。在一个实施例中，误差电压信号spd的平均值与相位差dph成线性关系。在进一步的实施例中，误差电压信号spd的平均值与相位差dph成正比例关系。在另一实施例中，鉴相电路pd可以通过异或门实现。

低通滤波电路lpf具有输入端和输出端，其中，低通滤波电路lpf的输入端耦接至鉴相电路pd以接收误差电压信号spd，低通滤波电路lpf对误差电压信号spd进行高频滤波以在其输出端获得滤波信号vlpf。在一个实施例中，低通滤波电路lpf为典型的lc低通滤波电路。

压控振荡电路vco具有输入端和输出端，压控振荡电路的输入端耦接至低通滤波电路lpf以接收滤波信号vlpf，压控振荡电路vco在输出端产生校准时钟信号clk2，压控振荡电路vco根据滤波信号vlpf对校准时钟信号clk2进行调节，以改变校准时钟信号clk2的频率，使校准时钟信号clk2与参考时钟信号clkl之间的相位差减小。

图4示出依据本发明一实施例的用于图3所示压控振荡电路vco的压控振荡电路400。如图4所示，压控振荡电路400示例性地包括受控电流源cs2以及校准时钟产生电路402。其中，受控电流源cs2接收滤波信号vlpf，并根据滤波信号vlpf产生一受控电流ilpf。在一实施例中，受控电流ilpf和滤波信号vlpf成正比。

校准时钟产生电路402耦接至受控电流源cs2，并根据受控电流ilpf产生校准时钟信号clk2，校准时钟信号clk2的频率fclk2与受控电流ilpf成正比。校准时钟产生电路402包括第二电容c2、第二开关s2、第二比较器cmp2以及第二反相器inv2。第二电容c2和第二开关s2均耦接于受控电流源cs2和参考地gnd之间，第二电容c2上具有第二电容电压vc2。第二比较器cmp2具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收第二电压v2，其第二输入端耦接至受控电流源cs2的输出端以接收第二电容c2上的第二电容电压vc2。在一个实施例中，第二电压v2是在带隙基准电流源中常见的三极管结电压vtln8，其中vt为热电压。在一个实施例中，第二比较器cmp2的第一输入端为同相端，且第二比较器cmp2的第二输入端为反相端。第二比较器cmp2将第二电压v2与第二电容电压vc2进行比较，并在其输出端产生第二比较信号scmp2。第二反相器inv2具有输入端和输出端，其中，第二反相器inv2的输入端耦接至第二比较器cmp2的输出端，第二反相器inv2的输出端提供参考时钟信号clk2，且第二反相器inv2的输出端耦接至第二开关s2以控制第二开关s2的导通与关断。

校准时钟产生电路402在工作时，受控电流ilpf对第二电容c2充电，第二电容c2上的第二电容电压vc2从零逐渐增大，直到增大至第二电压v2。在此过程中，由于第二电容电压vc2小于第二电压v2，第二比较器cmp2输出高电平的第二比较信号scmp2，而经第二反相器inv2对该高电平的第二比较信号scmp2反相后，校准时钟产生电路402生成低电平的校准时钟信号clk2。该低电平的校准时钟信号clk2被提供至第二开关s2，控制第二开关s2关断，使得第二电容c2在此过程中能够一直充电。而在第二电容电压vc2达到第二电压v2后，第二比较器cmp2输出低电平的第二比较信号scmp2，而经第二反相器inv2对该低电平的第二比较信号scmp2反相后，校准时钟产生电路402生成高电平的校准时钟信号clk2。该高电平的校准时钟信号clk2被提供至第二开关s2，控制第二开关s2导通，使得第二电容c2放电，第二电容电压vc2重新归置为零。如此地，校准时钟产生电路402进入下一个新的周期，由受控电流ilpf再对第二电容c2充电，第二电容c2上的第二电容电压vc2再次从零开始逐渐增大，校准时钟产生电路402周而复始地工作。

由上述工作过程可以容易得出，校准时钟信号clk2的频率fclk2为：

本领域技术人员应当理解，图4所示校准时钟产生电路402的结构仅为示例性，其它合适的、能够使校准时钟信号clk2的频率fclk2与受控电流ilpf成正比的结构也适用于本发明。

图5示出依据本发明一实施例的用于图4的输出电路500。如图5所示，输出电路500包括电流镜cm。电流镜cm具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，电流镜cm的输入端耦接至受控电流源cs2，电流镜cm根据受控电流ilpf在第一输出端产生和受控电流ilpf成正比的输出电流iout，且在第二输出端产生和受控电流ilpf成正比的校准电流iclk2。结合图4，校准时钟产生电路402耦接至电流镜cm以接收校准电流iclk2并根据校准电流iclk0产生校准时钟信号clk2，其中，校准时钟信号clk2的频率与校准电流iclk2成正比。进一步地，电流镜cm包括第一开关管m1、第二开关管m2和第三开关管m3。第一开关管m1、第二开关管m2和第三开关管m3均具有第一端、第二端和控制端。第一开关管m1、第二开关管m2和第三开关管m3的第一端均耦接至供电电压vcc，第一开关管m1、第二开关管m2和第三开关管m3的控制端均耦接在一起。第一开关管m1的第二端作为电流镜cm的输入端耦接至受控电流源cs2以接收受控电流ilpf，第二开关管m2和第三开关管m3的第二端分别作为电流镜cm的第一输出端和第二输出端以输出电流作为输出电路的输出电流iout和校准电流iclk2。根据电流镜的工作原理可知，电流iclk2和iout均和受控电流ilpf成比例，其比例系数与第二开关管m2和第三开关管m3相对于第一开关管m1的尺寸相关。在一个实施例中，第二开关管m2和第三开关管m3具有相同的尺寸。本领域技术人员应当理解，图5所示输出电路500的结构仅为示例性，其它合适的、能够使输出电流iout和校准电流iclk2成比例的结构也适用于本发明。例如，在一个实施例中，输出电路可以包括一个第一受控电流源，其具有输入端和输出端，其中，第一受控电流源的输入端耦接至低通滤波电路以接收滤波信号，第一受控电流源在滤波信号的控制下产生和滤波信号成正比的电流作为输出电流。

如此，输出电流iout和校准电流iclk2两者之间亦成比例。将图5所示的输出电路500与图4所示压控振荡电路400以及图3所示的锁相环电路300相结合应用在图1所示电流产生电路100中，由于输出电流iout和校准电流iclk2两者之间成比例，而校准时钟信号clk2的频率fclk2与受控电流ilpf成正比，保证了输出电流iout和校准时钟信号clk2的频率fclk2亦成正比。另外，由于校准时钟信号clk2的频率fclk2受到参考时钟信号clk1继而受到参考电压vref的调节，会跟随参考电压vref的变化而变化。因此，输出电流iout会跟随参考电压vref的变化而变化，与参考电压vref相关联。

图6示出将图2～5中各个电路结合生成的电流产生电路600。由对图2中参考时钟产生电路200的工作原理描述已经得出：

由对图4所示的校准时钟产生电路402的工作原理描述已经得出：

由图3所示锁相环电路300的工作原理描述可知，其控制：

fclk1＝fclk2

结合上述fclk1和fclk2的具体公式可得出：

在一个具体实施例中，采用v1＝vbg，v2＝vtln8，其中，vbg表示带隙基准电压，vt表示热电压，且采用c1＝c2的电容，可得出：

在图5所示的实施例中，采用尺寸均相同的开关管m1、m2和m3，可以得出：

iout＝iclk2＝ilpf

最后，可以得到输出电流iout：

可见，采用上述电路得出的输出电流iout和参考电压vref成正比，可应用于需要输出电流和参考电压成比例的场合中。尤其地，该输出电流可用作需要和参考电压成比例的ptat电流。

图7示出图6所示电流产生电路600的仿真结果图，图中的纵坐标表示输出电流，图7示出参考电压vref分别为3v，3.3v和3.6v时的输出电流。由图7所示仿真结果图可见，随着参考电压vref的变化，输出电流也相应发生变化，即输出电流和参考电压vref相关联。

图8示出依据本发明一实施例的的霍尔电路800。如图8所示，霍尔电路800包括电流产生电路801，产生输出电流iout，其中，输出电流iout和一参考电压成比例。电流产生电路801可以应用图1～7中所示电路的任意组合来实现。霍尔电路800还包括霍尔传感器h，霍尔传感器h耦接至电流产生电路801以接收输出电流iout，霍尔传感器h根据输出电流iout产生霍尔电压vin。更具体地，霍尔传感器h具有第一接触点h1、第二接触点h2、第三接触点h3和第四接触点h4，其中，第一接触点h1耦接至电流产生电路801以接收输出电流iout，第二接触点h2耦接至参考地，第三接触点h3和第四接触点h4分别作为霍尔电压的同相输出端和反相输出端来输出双端霍尔电压vin。霍尔电路800还包括放大系统a，放大系统a耦接至霍尔传感器h以接收霍尔电压vin，并根据霍尔电压vin产生输出电压vout。更具体地，放大系统a具有第一输入端、第二输出端和输出端，放大系统a的第一输入端和第二输入端分别耦接至霍尔传感器h的第三接触点h3和第四接触点h4以接收双端霍尔电压vin，放大系统a将双端霍尔电压vin进行放大以在输出端产生输出电压vout。

由于在所示霍尔电路800中采用了能产生输出电流iout和参考电压成比例的电流产生电路801，由霍尔传感器h和放大系统a的工作原理可知，霍尔电路800能使得霍尔电压vin继而使得输出电压vout均与参考电压成比例，这能满足某些有如是需要的霍尔电路应用场合。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。