一种灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路的制作方法

本发明涉及一种线性霍尔传感器电路，特别提供一种灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路。

背景技术：

霍尔传感器芯片是将霍尔元件和信号处理电路利用微电子技术集成在同一颗芯片上的单片电路，是目前使用广泛的磁场传感器，不仅可以用于磁场测量，还可以用于电流、速度、位置、角度等物理量的测量，在汽车电子、智能电网、精密测量、工业自动化、家用电器以及新兴消费电子等领域得到了广泛的应用。

传统双极工艺的线性霍尔传感器，霍尔元件利用外延层实现，产品的灵敏度由于外延层厚度大、不均匀，同时由于制造工艺漂移、封装应力等因素的影响，磁场灵敏度低，且波动较大，一致性较差，成品率低；传统双极工艺的线性霍尔传感器在电路的实现上，采用电流型三极管器件，功耗较大，不适合低功耗应用的要求，另外其线性输出范围窄，一般大于地电压0.7v和小于电源电压0.7v的范围，在应用上受到了限制。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提供了一种灵敏度高、一致性好、功耗低的灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路，包括霍尔元件、采样保持电路、斩波放大电路、动态失调消除电路、低通滤波电路、灵敏度控制电路和比例轨对轨输出电路；所述霍尔元件采用cmos工艺，可单片集成，用n型半导体硅材料实现，用于感应外部的磁感应信号；所述采样保持电路对霍尔元件的磁信号进行采样保持，并调制磁感应信号；所述斩波放大电路对采样保持电路的输出微弱磁信号进行斩波放大，解调磁感应信号，并消除噪声；所述动态失调消除电路对斩波放大电路的输出信号进行失调电压的消除；所述低通滤波电路滤除电路信号处理过程中产生的高频信号和毛刺；所述灵敏度控制电路控制比例轨对轨输出电路的增益，从而实现调整霍尔传感电路的灵敏；所述比例轨对轨输出电路实现磁感应信号的固定增益和轨对轨的输出。

进一步，所述比例轨对轨输出电路由若干个电阻和开关阵列和轨对轨输出电路组成；所述电阻和开关阵列包括r1-k1阵列、r9-k5阵列、r17-k9阵列和r22-k11阵列；所述r1-k1阵列包括串联在一起的电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和分别与电阻r5、r6、r7、r8并联的开关k1、k2、k3、k4，所述r1-k1阵列一端接1/2的电源电压vdd/2，另外一端接轨对轨输出电路的正输入端inp；所述r9-k5阵列包括串联在一起的电阻r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16和分别与电阻r13、r14、r15、r16并联的开关k5、k6、k7、k8，所述r9-k5阵列一端接轨对轨输出电路的负输入端inn，另外一端接轨对轨输出电路的输出端；所述r17-k9阵列包括分别与电阻r17、r18串联的开关k9、k10和并联的电阻r17、r18、r19、r20、r21，所述r17-k9阵列一端接输入1端口，另外一端接轨对轨输出电路的正输入端inp；所述r22-k11阵列包括分别与电阻r25、r26串联的开关k11、k12和并联的电阻r22、r23、r24、r25、r26，所述r22-k11阵列一端接输入2端口，另外一端接轨对轨输出电路的负输入端inn。

进一步，所述轨对轨输出电路包括电流源i1、i2、i3、i4、i5，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6、mn7、pmos管mp1、mp2、mp3、mp4、mp5、mp6、mp7和电容c1、c2；所述电流源i1为nmos管mn1、mn2提供偏置电流，一端接vdd，另一端接nmos管mn1的漏极；所述nmos管mn1、mn2接成二极管连接方式，即漏极和栅极连接在一起，nmos管mn1的源极连接nmos管mn2的漏极，nmos管mn2的源极接gnd；所述nmos管mn1、mn7连接成电流镜方式，为mn7提供镜像电流；所述电流源i2一端接gnd，另一端接pmos管mp1的漏极，为pmos管mp1提供偏置电流；所述pmos管mp1的栅极与漏极相连，所述pmos管mp1、mp3和mp5连接成电流镜方式，为pmos管mp3、mp5提供镜像电流，pmos管mp1、mp3和mp5的源极均接vdd，所述pmos管mp3的漏极接pmos管mp4的源极，pmos管mp5的漏极接pmos管mp6的源极；所述nmos管mn3和mn4为差分对，输入端inn和inp为轨对轨输出电流的负输入端和正输入端，nmos管mn3和mn4的漏极分别接pmos管mp4和mp6的源极，构成共源共栅的放大器结构；所述电流源i3一端接nmos管mn3、mn4的源极，另一端接gnd，为所述差分对提供尾电流；所述pmos管mp2的源极接vdd，栅极与漏极相连，漏极连接电流源i4后接gnd，电流源i4为pmos管mp2提供偏置电流；所述pmos管mp2、mp4和mp6连接成电流镜方式，为pmos管mp4、mp6提供镜像电流；所述pmos管mp6的漏极连接nmos管mn7的漏极和pmos管mp7的栅极；所述nmos管mn7的源极连接nmos管mn6的漏极；所述nmos管mn5的漏极接pmos管mp4的漏极，栅极与漏极相连；所述nmos管mn5和mn6连接成电流镜方式，nmos管mn5和mn6的源极均接gnd，栅极通过电容c2后接gnd；所述电容c2为稳定电容；所述pmos管mp7的源极接vdd，漏极连接电流源i5后接gnd，其偏置电流由电流源i5提供；所述电容c1和电阻r1串联后跨接在pmos管mp7的栅极和漏极，作为密勒补偿，使放大器具有一定的相位裕度，稳定系统，所述pmos管mp7为输出管，其漏极为轨对轨输出电路的输出端口。

进一步，所述r1-k1阵列和r9-k5阵列的阻值相等并严格匹配，r17-k9阵列和r22-k11阵列的阻值相等并严格匹配。

进一步，所述电阻和开关阵列的数量可根据产品的实际需求做增减，以实现不同的灵敏度。

进一步，所述电阻和开关阵列中的电阻的个数可通过芯片晶圆生产过程的掩模来修改。

进一步，所述电阻和开关阵列中的开关可通过熔丝烧断电阻、激光烧断电阻等方式实现。

本发明的有益效果是：（1）本发明为cmos工艺兼容的线性霍尔传感器电路，霍尔元件利用cmos工艺中的n阱实现，可实现传感器灵敏度高、一致性好的优点；（2）电路采用电压型的mos器件，功耗低；（3）采用了轨对轨的输出结构，输出线性可达到大于地电压0.1v和小于电源电压0.1v的范围，同时电路的灵敏度可通过轨对轨输出放大器结构的外部反馈电阻做调整，实现了灵敏度可调整的优点。

附图说明

图1为本发明灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路框图；图2为本发明比例轨对轨输出电路内部框图；图3为本发明轨对轨输出电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种灵敏度可调整的轨对轨输出线性霍尔传感器电路，包括霍尔元件、采样保持电路、斩波放大电路、动态失调消除电路、低通滤波电路、灵敏度控制电路和比例轨对轨输出电路；所述霍尔元件采用cmos工艺，可单片集成，用n型半导体硅材料实现，用于感应外部的磁感应信号；所述采样保持电路对霍尔元件的磁信号进行采样保持，并调制磁感应信号；所述斩波放大电路对采样保持电路的输出微弱磁信号进行斩波放大，解调磁感应信号，并消除噪声；所述动态失调消除电路对斩波放大电路的输出信号进行失调电压的消除；所述低通滤波电路滤除电路信号处理过程中产生的高频信号和毛刺；所述灵敏度控制电路控制比例轨对轨输出电路的增益，从而实现调整霍尔传感电路的灵敏；所述比例轨对轨输出电路实现磁感应信号的固定增益和轨对轨的输出。

如图2所示，所述比例轨对轨输出电路由若干个电阻和开关阵列和轨对轨输出电路组成；所述电阻和开关阵列包括r1-k1阵列、r9-k5阵列、r17-k9阵列和r22-k11阵列；所述r1-k1阵列包括串联在一起的电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和分别与电阻r5、r6、r7、r8并联的开关k1、k2、k3、k4，所述r1-k1阵列一端接1/2的电源电压vdd/2，另外一端接轨对轨输出电路的正输入端inp；所述r9-k5阵列包括串联在一起的电阻r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15、r16和分别与电阻r13、r14、r15、r16并联的开关k5、k6、k7、k8，所述r9-k5阵列一端接轨对轨输出电路的负输入端inn，另外一端接轨对轨输出电路的输出端；所述r17-k9阵列包括分别与电阻r17、r18串联的开关k9、k10和并联的电阻r17、r18、r19、r20、r21，所述r17-k9阵列一端接输入1端口，另外一端接轨对轨输出电路的正输入端inp；所述r22-k11阵列包括分别与电阻r25、r26串联的开关k11、k12和并联的电阻r22、r23、r24、r25、r26，所述r22-k11阵列一端接输入2端口，另外一端接轨对轨输出电路的负输入端inn。

如图3所示，所述轨对轨输出电路包括电流源i1、i2、i3、i4、i5，nmos管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6、mn7、pmos管mp1、mp2、mp3、mp4、mp5、mp6、mp7和电容c1、c2；所述电流源i1为nmos管mn1、mn2提供偏置电流，一端接vdd，另一端接nmos管mn1的漏极；所述nmos管mn1、mn2接成二极管连接方式，即漏极和栅极连接在一起，nmos管mn1的源极连接nmos管mn2的漏极，nmos管mn2的源极接gnd；所述nmos管mn1、mn7连接成电流镜方式，为mn7提供镜像电流；所述电流源i2一端接gnd，另一端接pmos管mp1的漏极，为pmos管mp1提供偏置电流；所述pmos管mp1的栅极与漏极相连，所述pmos管mp1、mp3和mp5连接成电流镜方式，为pmos管mp3、mp5提供镜像电流，pmos管mp1、mp3和mp5的源极均接vdd，所述pmos管mp3的漏极接pmos管mp4的源极，pmos管mp5的漏极接pmos管mp6的源极；所述nmos管mn3和mn4为差分对，输入端inn和inp为轨对轨输出电流的负输入端和正输入端，nmos管mn3和mn4的漏极分别接pmos管mp4和mp6的源极，构成共源共栅的放大器结构；所述电流源i3一端接nmos管mn3、mn4的源极，另一端接gnd，为所述差分对提供尾电流；所述pmos管mp2的源极接vdd，栅极与漏极相连，漏极连接电流源i4后接gnd，电流源i4为pmos管mp2提供偏置电流；所述pmos管mp2、mp4和mp6连接成电流镜方式，为pmos管mp4、mp6提供镜像电流；所述pmos管mp6的漏极连接nmos管mn7的漏极和pmos管mp7的栅极；所述nmos管mn7的源极连接nmos管mn6的漏极；所述nmos管mn5的漏极接pmos管mp4的漏极，栅极与漏极相连；所述nmos管mn5和mn6连接成电流镜方式，nmos管mn5和mn6的源极均接gnd，栅极通过电容c2后接gnd；所述电容c2为稳定电容；所述pmos管mp7的源极接vdd，漏极连接电流源i5后接gnd，其偏置电流由电流源i5提供；所述电容c1和电阻r1串联后跨接在pmos管mp7的栅极和漏极，作为密勒补偿，使放大器具有一定的相位裕度，稳定系统，所述pmos管mp7为输出管，其漏极为轨对轨输出电路的输出端口。

所述r1-k1阵列和r9-k5阵列的阻值相等并严格匹配，r17-k9阵列和r22-k11阵列的阻值相等并严格匹配。轨对轨输出电路实质上为一差分运算放大器，因此比例轨对轨输出电路的电压增益为r9-k5阵列的阻值除以r22-k11阵列的阻值。当输入1和输入2的输入共模电平时，比例轨对轨输出电路的输出电平为1/2的电源电压即vdd/2。

所述电阻和开关阵列中的开关可通过熔丝烧断电阻、激光烧断电阻等方式实现。所述电阻和开关阵列的数量可根据产品的实际需求做增减，以实现不同的灵敏度。所述电阻和开关阵列中的电阻的个数可通过芯片晶圆生产过程的掩模来修改。图1中的斩波放大器内部也可采用该方法实现可变增益，实现霍尔传感器灵敏度的更大调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。