专利名称:用于双桥换能器的差动放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及差动放大器，具体地涉及用于双桥换能器的差动放大器。
背景技术：
在将传输电流的导体放置在磁场中时，发生霍尔效应。根据场的横向分量和电流，生成电压。基于霍尔效应工作的传感器可以象惠斯通电桥一样被模制。桥的相对端连接至差动放大器，以提供输出。通常的是，使用以并行结构电连接且物理上以共质心方式被定向的这些换能器中的多个，将通常的偏移误差的补偿提供给单个桥。
发明内容提供双结构的桥式换能器。每一个换能器的输出连接至放大器的差动输入。换能器的其它每一个输出分别连接在一起，并且被用于控制有源负载的偏压。
在另一实施例中，在输入处使用PNP晶体管，以及使用NPN有源负载来提供高增益，但降低了输入阻抗。可以使用在输入处并行的多个晶体管来提供低噪声和偏移，以及共源共栅电流镜可被用于有源负载，以提供更高的增益。可以使用用于该桥的带有霍尔效应、磁阻或压阻感知元件的双极工艺，来在单片硅集成电路内实现该换能器。
在又一实施例中，单个霍尔效应换能器连接至差动放大器的输入，并且经中心抽头提供对有源负载偏置的控制。
图1是根据本发明的实施例的双桥换能器差动放大器的电路图。
图2是根据本发明的实施例的中心抽头的桥式换能器放大器的电路图。
具体实施方式在下面说明书中，参考针对构成说明书中部分的附图，在其中示出了本发明可被实施的说明性具体实施例。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明，并且可以理解的是不脱离本发明的范围，可以利用其它实施例以及可以作出结构的、逻辑的和电气的改变。因此，下面的说明书不是采用限制性形式，进而本发明的范围由附属的权利要求
所限定。
图1中概括地以100示出的电路具有第一桥式换能器110，所述第一桥式换能器110包括两个输出端112及114和两个偏置端111及113。该桥在一个实施例中是霍尔效应换能器，但也可是任意其它类型的惠斯通电桥，例如磁阻或压阻感应元件。该桥可以是单桥或多个并行桥。第二桥式换能器115包括两个输出端117及119和两个偏置端116及118。该桥可以是单桥或多个并行桥。每一个换能器110及115端子中的三端子分别彼此相连接。换能器的输出端112和119极性相反且彼此连接。偏置端111和116彼此相连接，以及偏置端113和118也彼此相连接。
换能器110和115的保持输出端分别连接至包括晶体管120和125的差动放大器。桥110的输出114连接至晶体管120的基极，以及桥115的输出117连接至晶体管125的基极。晶体管120的集电极连接至第一输出端130。晶体管125的集电极连接至第二输出135。该输出还连接至各自负载140及145。在一个实施例中，负载140及145是包括晶体管的有源负载，该晶体管具有连接至输出端130及135的集电极。
有源负载140及145的基极被联接在一起，且被馈送至电流镜基准150的基极。电流镜基准150将其集电极连接至其基极，以及具有连接至电源VCC155的发射极。有源负载140及145的发射极也连接至VCC，作为桥式换能器的偏置端111和116。相对于每一个有源负载晶体管140及145调整电流镜基准150的集电极，以具有特定的跨导率，所述跨导率近似等于相对于每一个差动放大器晶体管120和125调整对晶体管160所得到的跨导率。在一个实施例中，电流镜基准150包括两个并行连接的晶体管，其每一个具有与每一个有源负载晶体管140及145相同的尺寸和结构，晶体管160包括两个并行连接的晶体管，其每一个具有与每一个差动放大器晶体管120及125相同的尺寸和结构，以提供对跨导率的改进匹配。电流镜基准150包括PNP晶体管，作为有源负载140和145。在一个实施例中，其它晶体管是NPN晶体管。若需要，可以使用晶体管的其它组合。
输出112和119也连接至晶体管160的基极。晶体管160的集电极连接至电流镜基准150的基极和集电极，以及160的发射极也连接至电流吸收器170。晶体管120及125的发射极同样连接至电流吸收器170。
工作中，每一个换能器的输出端连接至放大器的差动输入。该换能器的每一个其它输出分别连接在一起，并且被用于控制有源负载的偏置。晶体管140、145和150作用双电流镜。晶体管160将与在晶体管120及125中流动的集电极电流总和成比例的输入电流提供给电流镜。有源负载晶体管140及145的集电极电流的总和近似等于放大器晶体管120及125的集电极电流总和，这些电流的等效性包括自给偏置，其提供大动态范围和宽工作VCC范围。在一个实施例中，差动放大器电压增益近似于有源负载晶体管140及145的厄利电压(Early Votage)除以热电压，而与第一序列上的电流吸收器170无关。
在另一实施例中，在桥的输入端使用PNP晶体管，以及提供NPN有源负载。这提供了较高增益，当降低了输入阻抗。使用带有霍尔效应、磁阻或压阻感知元件的双极工艺，电路100可以形成于单片硅集成电路中。
图2中显示可替换电路200，具有与图1中使用相应元件一致标号的同样元件。霍尔换能器210具有中心抽头215，该中心抽头连接至双宽晶体管160的基极。中心抽头215工作而提供的输入类似于来自图1中那对桥的输出112及119的组合输入。霍尔换能器210可以是单元件，或多个并行的元件。该中心抽头215在一个实施例中保持较小，以最小化霍尔换能器210上的短路效应。
结论自参考偏置和有源负载仅仅使用六个晶体管和一个电流源就生成用于桥式换能器的充分差动、高增益、对偏置不灵敏的放大器。差动放大器将多个换能器分割为双结构。每一个换能器的一个输出端连接至放大器的差动输入，每一个其它换能器输出连接在一起且用于控制有源负载的偏置。在一些实施例中，可以使用并行换能器。在另一实施例中，共源共栅电流镜被用于有源负载，以提供更高的增益。
在一个实施例中，所述的差动放大器将多个换能器分割为双结构。例如，单换能器对或并行换能器对。双结构的每一个换能器的一个输出端连接至放大器的差动输入，每一个其它换能器输出连接在一起且用于控制有源负载的偏置。针对这种电路的改变包括但不限于在输入处使用PNP晶体管和NPN有效负载(增益更高而输入阻抗更低)、使用多个在输入处并行的晶体管(噪声和偏移更低)、使用用于有效负载的共源共栅电流镜(增益更高)。优选实施例是利用用带有霍尔效应、磁阻或压阻感知元件的双极工艺，将在单片硅集成电路内应用该电路。
权利要求
1.一种电路，包括第一桥式换能器，具有两个输出和两个偏置端；第二桥式换能器，具有两个输出和两个偏置端；以及差动放大器，具有连接至第一桥式换能器中一个输出的第一输入和连接至第二桥式换能器中一个输出的第二输入，以及其中第一和第二桥式换能器的其它输出中的每一个分别互相连接。
2.权利要求
1中的电路，进一步包括连接至差动放大器的有源负载。
3.权利要求
2中的电路，进一步包括连接至有源负载的有源负载基准。
4.权利要求
3中的电路，进一步包括第一晶体管，具有连接至第一和第二桥式换能器中的每一个的输出的基极和连接至有源负载基准的集电极。
5.权利要求
4中的电路，其中差动放大器包括具有集电极的晶体管对，以及其中第一晶体管将等于差动放大器中集电极电流总和的电流提供给有源负载基准。
6.一种电路，包括第一桥式换能器，具有两个输出和两个偏置端；第二桥式换能器，具有两个输出和两个偏置端；差动放大器，具有连接至第一桥式换能器中一个输出的第一输入和连接至第二桥式换能器中一个输出的第二输入，以及其中第一和第二桥式换能器的其它输出中的每一个分别互相连接；以及其中负载晶体管连接至差动放大器。
7.权利要求
6中的电路，进一步包括连接至负载晶体管的有源负载基准。
8.权利要求
7中的电路，进一步包括第一晶体管，具有连接至第一和第二桥式换能器中的每一个的输出的基极和连接至有源负载基准的集电极。
9.权利要求
8中的电路，其中差动放大器包括具有集电极的晶体管对，以及其中第一晶体管将等于差动放大器中集电极电流总和的电流提供给有源负载基准。
10.一种电路，包括第一桥式换能器，具有多个输出；第二桥式换能器，具有多个输出；以及差动放大器，具有连接至第一桥式换能器中一个输出的第一输入和连接至第二桥式换能器中一个输出的第二输入；有源负载，连接至差动放大器，其中第一和第二桥式换能器的其它输出为有源负载提供偏置控制。
11.权利要求
10中的电路，进一步包括用于有源负载的共源共栅电流镜。
12.一种电路，包括霍尔效应换能器，具有两个输出和两个偏置端；差动放大器，具有连接至霍尔效应换能器中第一输出的第一输入和连接至霍尔效应换能器中第二输出的第二输入；有源负载，连接至差动放大器；以及中心抽头，连接至霍尔效应换能器的近似中心，以将偏置提供给有源负载。
13.权利要求
12中的电路，进一步包括连接至有源负载的有源负载基准。
14.权利要求
13中的电路，进一步包括晶体管，该晶体管具有是差动放大器的每一个晶体管的发射极面积两倍大的发射极面积、连接至中心抽头的基极、连接至有源负载基准的集电极和连接至电流吸收器的发射极。
15.一种电路，包括霍尔效应换能器，具有两个输出和两个偏置端；差动放大器，包括第一晶体管，该第一晶体管具有连接至霍尔效应换能器中第一输出的基极，和第二晶体管，该第二晶体管具有连接至霍尔效应换能器中第二输出的基极；有源负载晶体管对，连接至差动放大器的第一和第二晶体管；有源负载基准晶体管，连接至有源负载；以及中心抽头，连接至霍尔效应换能器的近似中心，以将偏置提供给有源负载基准。
16.权利要求
15中的电路，进一步包括晶体管，该晶体管具有是差动放大器的每一个晶体管的发射极面积两倍大的发射极面积、连接至中心抽头的基极、连接至有源负载基准的集电极和连接至电流吸收器的发射极。
17.一种电路，包括第一桥式换能器，具有两个输出；第二桥式换能器，具有两个输出；以及差动放大器，具有连接至第一桥式换能器中一个输出的第一输入和连接至第二桥式换能器中一个输出的第二输入，以及其中第一和第二桥式换能器的其它输出中的每一个分别互相连接。
18.权利要求
17中的电路，进一步包括连接至差动放大器的有源负载。
19.权利要求
18中的电路，进一步包括连接至有源负载的有源负载基准晶体管。
专利摘要
提供一种双结构的桥式换能器。每一个换能器的输出端连接至放大器的差动输入端。换能器的每一个其它端分别连接在一起且被用于控制双有源负载的偏置。该换能器可以利用用于桥的带有霍尔效应、磁阻或压阻感测元件的双极工艺来在单片硅集成电路内实现。单个霍尔效应换能器可连接至差动放大器的输入，以及中心抽头端用于控制双有源负载的偏置。
文档编号G01D5/12GK1993603SQ20058002453
公开日2007年7月4日 申请日期2005年7月22日
发明者W·T·基利安 申请人:霍尼韦尔国际公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan