专利名称：一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种霍尔传感器电流读出的电路结构，更具体的说是一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构。
背景技术：
对于采用霍尔盘结构的CMOS霍尔传感器集成电路，霍尔盘本身的失调电压，温度漂移以及CMOS工艺本身的噪声(如Ι/f噪声)等非理想因素的影响，会大大降低传感器本身对磁场的感应灵敏度。其中霍尔盘自身的失调电压占主要影响。一种常见的解决方法是用两个甚至更多个霍尔盘互相并联起来，只是让彼此注入的电流方向互相垂直。由于改变电流的方向只会影响霍尔盘失调电压的极性，而不会改变输出信号电压，因此失调电压得以消除。但是此种方法的缺点在于当进行大规模生产时，由于工艺的离散性，即使注意了形状和位置的一致性，每个霍尔盘的特性都会是不一样的，因此失调电压不可能被完全抵消掉。 此外，由于CMOS霍尔传感器的信号一般都比较微弱，只有几十到几百微伏的量级，为了让后端电路能够识别如此微弱的电压，需对其先进行放大处理，而放大器本身也会有失调和噪声的影响，这同样对传感器信号有干扰。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可同时消除霍尔盘本身以及后端放大器的失调电压和噪声的正交旋转电流读出的电路结构。本发明解决上述的技术问题的技术方案是一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构，包括一个恒流源、六个NMOS开关、两个PMOS开关、一个放大器和一个正四边形霍尔盘，所述的八个MOS开关需要提供两相不重叠时钟来进行开关的选择操作，正四边形霍尔盘在其四角分别引出一个端子，与第一 PMOS开关和第二 PMOS开关的漏极分别相连，与第一 NMOS开关和的第二 NMOS开关的栅极分别相连，恒流源与第一 NMOS开关和的第二 NMOS开关的漏极分别相连，将电流从中注入到霍尔盘中，所述的第一 PMOS开关和第二 PMOS开关的的栅极与地连接，所述的第三PMOS开关的栅极、第四PMOS开关的漏极、第五 PMOS开关的栅极和第六PMOS开关的漏极分别与正四边形霍尔盘的四个端子连接，所述的第三PMOS开关的漏极和第四PMOS开关的栅极与放大器的其中一个输入端连接，第五PMOS 开关的漏极和第六PMOS开关的栅极与放大器的另一个输入端连接。由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是采用此电路结构可将霍尔信号电压和失调电压及噪声分离，可将失调电压及噪声与后端放大器的输入失调及噪声合并在一起，便于下一级信号处理电路消除失调电压和噪声。
图1为本发明的电路原理示意图。图2为本发明的信号变化示意图。
图3为本发明的具体电路工作示意图。图4为本发明所需的时钟相位示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
如图3所示，一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构，包括一个恒流源 101,两个 PMOS 开关(102，103)，六个 NMOS 开关(104，105，106，107，108，109)，一个放大器 113和一个正四边形霍尔盘110，以及大地111，112为放大器113的等效输入失调和噪声源 (定义为V0SA)。所述的八个MOS开关需要提供两相不重叠时钟来进行开关的选择操作，正四边形霍尔盘110在其四角分别引出一个端子，与两个PMOS开关(102，103)和两个NMOS开关(104，105)分别相连，恒流源101与其中的两个PMOS开关(102，103)的另一端相连，将电流从中注入到正四边形霍尔盘110中，剩余的四个NMOS (106，107，108，109)开关的两端分别与正四边形霍尔盘110的四个端子及放大器113的两个输入端相连，将产生的霍尔电压信号用放大器进行放大。放大器113的等效输入失调和噪声源112的两端分别与两个NMOS (106，107)的一端和放大器113的一个输入端连接，两个NMOS (104，105)的输出端分别与地111连接。本发明的工作原理为如图1所示，(1)恒流源从霍尔盘的a端子流入，从c端子流出，从b端子和d端子引出霍尔信号电压VH，此状态叫0度状态；(2)恒流源从霍尔盘的 b端子流入，从d端子流出，从c端子和a端子引出霍尔信号电压VH，此状态叫90度状态； 本发明就在于周期性的交替进行(1) (2)步骤，带来的有益效果就是失调电压及噪声VOS 的极性在(1) (2)步骤中发生了反相变化，而霍尔信号电压VH没有变化，如图2所示，因此只要周期交替(1) (2)步骤，便可将VH和VOS分离，便于后端信号电路进一步将失调电压进行消除。本发明的具体工作步骤为(1)如图4中时钟相位所示，在CLKl相位为高，CLK2 相位为低时，对应0度状态，PMOS开关102，NMOS开关(105，106，108)导通，PMOS开关103， NMOS开关(104，107，109)关断。电流从恒流源101通过PMOS开关102流入正四边形霍尔盘110的a端子，通过NMOS开关105从霍尔盘110的c端子流出，流入到大地111。而霍尔盘110的b，d端子则分别通过NMOS开关106，108与放大器113两个输入端相连。此时在放大器113的输入端的等效输入电压为
Vt (0 度)=VH + IVOS (0 度)ι + IVOSA
(2)如图4中时钟相位所示，在CLKl相位为低，CLK2相位为高时，对应90度状态， PMOS 开关 102,NMOS 开关(105，106，108)关断，PMOS 开关 103,NMOS 开关(104，107，109)导通。电流从恒流源101通过PMOS开关103流入正四边形霍尔盘110的b端子，通过NMOS开关104从霍尔盘110的d端子流出，流入到大地111。电流方向与步骤(1)中相互垂直。而霍尔盘110的 c端子则分别通过NMOS开关107，109与放大器113两个输入端相连。此时在放大器113的输入端的等效输入电压为 Vt (90 度)=-VH + IVOS (0 度)ι + IVOSA
(3)由上述(1) (2)步骤可以看到，为了同时消除霍尔盘和放大器的失调及噪声，选择了在(1) (2)中将霍尔信号电压进行了反相变换，而让霍尔盘失调电压VOS保持不变，因此很自然的将VOS与后端放大器的输入失调及噪声VOSA合并在一起，同时与霍尔信号电压实现了分离。这样做极大地便利了在下一级信号处理电路中很容易的消除掉失调电压和噪声，而且此种结构都是在单一霍尔盘上实现的，不存在工艺离散性带来的不匹配问题，因此这种在单一霍尔盘上利用正交旋转电流方法的读出电路结构以极小的代价极大的提升了 CMOS霍尔盘的感应灵敏度。此外，此种方法可根据霍尔盘的形状进行进一步的拓展应用，例如，将霍尔盘由四端子结构扩展成八端子或者十六端子结构，产生更多的电流方向，但彼此相互保持正交垂直的关系，就可以进一步消除失调电压。
权利要求
1. 一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构，其特征在于包括一个恒流源、六个NMOS开关、两个PMOS开关、一个放大器和一个正四边形霍尔盘，所述的八个MOS 开关需要提供两相不重叠时钟来进行开关的选择操作，正四边形霍尔盘在其四角分别引出一个端子，与第一 PMOS开关和第二 PMOS开关的漏极分别相连，与第一 NMOS开关和的第二 NMOS开关的栅极分别相连，恒流源与第一 NMOS开关和的第二 NMOS开关的漏极分别相连，将电流从中注入到霍尔盘中，所述的第一 PMOS开关和第二 PMOS开关的的栅极与地连接，所述的第三PMOS开关的栅极、第四PMOS开关的漏极、第五PMOS开关的栅极和第六PMOS开关的漏极分别与正四边形霍尔盘的四个端子连接，所述的第三PMOS开关的漏极和第四PMOS开关的栅极与放大器的其中一个输入端连接，第五PMOS开关的漏极和第六PMOS开关的栅极与放大器的另一个输入端连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于霍尔传感器的正交旋转电流读出的电路结构。它包括恒流源、六个NMOS开关、两个PMOS开关、放大器和正四边形霍尔盘，八个MOS开关需要提供两相不重叠时钟来进行开关的选择操作，正四边形霍尔盘在其四角分别引出一个端子，与两个PMOS开关和两个NMOS开关分别相连，恒流源与其中的两个PMOS开关的另一端相连，剩余的四个NMOS开关的两端分别与霍尔盘的四个端子及放大器的两个输入端相连，将产生的霍尔电压信号用放大器进行放大。本发明可将霍尔信号电压和失调电压及噪声分离，可将失调电压及噪声与后端放大器的输入失调及噪声合并在一起，便于下一级信号处理电路消除失调电压和噪声。
文档编号H03K19/003GK102427360SQ201110420408
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者夏宇, 张成彬, 郭晓雷, 金湘亮 申请人:湖南追日光电科技有限公司